Anwendung von Lasern in der Displayherstellung: Laserabtragungstechnik

Wie tragen Laser zur Herstellung der heutigen ultradünnen, hellen Bildschirme bei? Ältere Menschen erinnern sich vielleicht noch an die alten Fernseher. Von den großen, klobigen Bildröhren bis hin zu den heutigen schlanken Bildschirmen hat sichdie Display-Technologiegrundlegend gewandelt. 

Die ersten Flachbildfernseher und Bildschirme basierten auf Flüssigkristallanzeigen (LCD). Diese Technologie stellte einen großen Fortschritt gegenüber den alten Röhrenbildschirmen dar.

Die interne Struktur eines LCD-Bildschirms ist jedoch recht komplex. Da das LCD-Panel selbst kein Licht abgibt, sind eine Hintergrundbeleuchtung, Polarisationsfolien und ein Farbfilter erforderlich, um rote, grüne und blaue Pixel zu erzeugen. All diese Faktoren behindern die Miniaturisierung der Geräte und schränken insbesondere deren Flexibilität ein. 

Keine Sorge, es ist biologisch

Um dünnere und flexiblere Displays zu erhalten, haben die Hersteller die Technologie der organischen Leuchtdioden (OLED)-Technologie entwickelt. Jedes Pixel eines AMOLED-Displays enthält drei Leuchtelemente (rot, grün und blau), sodass keine Hintergrundbeleuchtung erforderlich ist. Außerdem können AMOLED-Displays sehr dünn sein, mit einer Dicke von nur wenigen Zehntelmillimetern. Dabei handelt es sich um die Gesamtdicke einschließlich weiterer Funktionsschichten wie Touchscreen-Funktionalität und Kontrastverstärkung. Da AMOLED-Displays sehr dünn gefertigt werden können, lassen sich solche Bildschirme sogar biegen oder falten. 

Die Herstellung derart dünner Displays stellt die Hersteller jedoch vor große Herausforderungen. Man muss bedenken, dass auf einer einzigen Substratplatte von etwa 1,5 m × 1,9 m mehrere Displays gleichzeitig hergestellt werden können. Die Bearbeitung von Objekten dieser Größe, die nur wenige Zehntelmillimeter dick sind, ist praktisch undurchführbar. Die Bearbeitung großer und dünner Objekte ist äußerst schwierig. Außerdem muss das Display-Substrat während des gesamten Herstellungsprozesses stets absolut eben bleiben,was ebenfalls entscheidend ist. Um es noch einmal zu wiederholen: Die Bearbeitung großer und dünner Objekte ist äußerst schwierig.

Das Geheimnis der Herstellung ultradünner Displays

Um dieses Problem zu lösen, wird das Display auf einem dickeren, stabileren „Trägerglas“ aufgebaut. Der erste Produktionsschritt besteht darin, eine dünne Polymerschicht auf das Trägerglas zu kleben. Diese Polymerschicht bildet die Grundlage für das fertige Display. Anschließend wird Silizium auf den Polymerträger aufgebracht,gefolgtvoneiner Excimer-Laser-Anlassung (ELA), der Herstellung der elektronischen Schaltkreise und schließlich dem Aufbringen der übrigen Schichten des Displays.

Kurz vor Abschluss dieses Vorgangs wird das Display vom Trägerglas getrennt. Am Ende erhalten Sie ein ultradünnes Display. 

Sobald das Display vom Trägerglas getrennt ist, ist der Herstellungsprozess fast abgeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt sind die meisten Kosten bereits im Display enthalten. Sollte das Bauteil in dieser Phase ausfallen, sind die Kosten sehr hoch. Das bedeutet, dass der Trennvorgang unbedingt präzise und schonend erfolgen muss,

Insbesondere sind zwei Dinge zu vermeiden: Erstens darf beim Trennen keine spürbare mechanische Kraft oder Spannung entstehen, da das Display sehr bruchanfällig ist. Zweitens darf das Display dabei nicht zu stark erhitzt werden, da dies die Elektronik beschädigen könnte. 

Exzimerlaser machen die OLED-Produktion praktikabel

Die derzeit führenden Hersteller von AMOLED-Displays verwenden ein Trennverfahren, das als Laser-Lamination-Off-Technique (LLO) bezeichnet wird. Vor der Anwendung der LLO-Technik muss das gesamte Panel umgedreht werden, sodass das Trägerglas nach oben zeigt. Anschließend erzeugt ein hochenergetischer Puls, nämlich ein UV-Excimer-Laser, einen schmalen Lichtstrahl. Dieser Lichtstrahl wird genau an der Grenzfläche zwischen dem Trägerglas und der dünnen Polymer-Substratschicht, die die Schaltkreise des Displays enthält, fokussiert und durchdringt das Glas. 

Der Lichtstrahl tastet den gesamten Bereich des Trägerglases schnell ab. Das ultraviolette Licht durchdringt zwar das Glas, wird jedoch vom Klebstoff zwischen Trägerglas und Polymer sowie vom Polymer selbst stark absorbiert. Die Wärme des Lasers verdampft den Klebstoff fast augenblicklich, wodurch sich das Display vom Trägerglas löst. Genau das ist jedoch unser Ziel: Der Laser dringt fast gar nicht in die Polymer-Display-Substratplatte ein und erzeugt daher im Gerät kaum Wärme. Die Schaltkreise des Displays werden durch das LLO-Verfahren nicht beeinträchtigt.

Durch das schnelle Abtasten mit einem Excimer-Laserstrahl werden die präzisen Schaltkreise des Displays schonend von der darunterliegenden Glasplatte getrennt.

Genau wie bei ELA stellen Excimer-Laser eine ideale Lichtquelle für LLO dar. Dafür gibt es vor allem zwei Gründe: Erstens erzeugen Excimer-Laser im Vergleich zu anderen Lasertypen eine höhere Impulsenergie im ultravioletten Bereich. Dieses ultraviolette Licht wird vom Klebstoff stark absorbiert, und die hohe Laserleistung bewirkt eine schnelle Zersetzung des Klebstoffs.Dadurch kann der LLO mit der für die Display-Produktion erforderlichen Geschwindigkeit arbeiten. Geschwindigkeit ist entscheidend, da die großen Display-Hersteller täglich Bildschirme für über eine Million Mobiltelefone liefern müssen!

Darüber hinaus trägt der Excimer-Laserstrahl zur Bildung eines schmalen Strahls bei. Außerdem lässt er sich in ein gleichmäßiges (flachabfallendes) Strahlprofil umwandeln, anstatt der von den meisten Lasern erzeugten Gaußschen Intensitätsverteilung. Ein flachabfallendes Strahlprofil ermöglicht ein größeres Prozessfenster als ein Gaußstrahl. Dadurch ist die Produktionslinie LLO weniger anfällig für geringfügige Abweichungen bei der genauen Fokussierung des Lasers sowie bei den Abmessungen des Ausgangsglases und kann leichte Verformungen des Ausgangsglases tolerieren.  

Coherent LLO-Systeme Coherent werdenweltweitvonführenden Display-Herstellerneingesetzt. Diese Systeme kombinieren hochstabile Excimer-Laser mit unserem einzigartigen UVblade-Optiksystem, um einen optimalen Linienstrahl zu erzeugen. Wir können derzeit alle Displaygrößen abdecken, von einzelnen Modulen bis hin zu großen Substraten.Die UVblade-OptikCoherent lässt sich an die Produktionsanforderungen der nächsten Generation flexibler und faltbarer Displays anpassen.

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