Bei der Herstellung von OLED-Displays wurden solide Fortschritte erzielt

Excimer-Laser sind seit jeher eine wichtige Schlüsseltechnologie in der Herstellung von Flachbildschirmen. Sie erzeugen hochenergetische UV-Impulse, die sich durch sehr geringe Energieabweichungen und eine gleichmäßige Strahlintensitätsverteilung auszeichnen. 

Dank dieser einzigartigen Eigenschaften Coherent mit seinem VYPER -Excimer-Laser auf der Grundlage ihres Coherent LineBeam-Systems Excimer-Laser-Annealing (ELA)durchzuführen. Das Annealing der Siliziumschicht auf dem Glassubstrat ist entscheidend für die Herstellungvon Displays für Smartphonesund Tablets. ELA ist ein bewährtes Verfahren in der Produktion von OLED-Flachbildschirmen und gilt als Industriestandard. 

Die besonderen Eigenschaften der UV-Lichtimpulse von Excimer-Lasern bringen jedoch auch praktische Probleme wie Betriebszeit und Anschaffungskosten mit sich. Die Lebensdauer von Excimer-Laserröhren ist begrenzt; in Flachbildschirm-Fertigungslinien, die unter Volllast laufen, müssen sie regelmäßig ausgetauscht werden. Darüber hinaus können einige optische Fenster durch das UV-Licht beschädigt werden und müssen ebenfalls regelmäßig ersetzt werden.

Die Stillstandskosten bei Display-Fertigungslinien sind hoch, und die Wartungsintervalle erhöhen zudem die Kosten für den Austausch von Verschleißteilen.

Bislang gab es jedoch keine kostengünstige Lasertechnologie, die die für ELA erforderlichen hochenergetischen UV-Lichtimpulse erzeugen konnte. Bis heute. 

PYTHON

Im RahmenCoherent kontinuierlichen Innovationszyklus zur Förderung des technologischen FortschrittsCoherent 2019 offiziell ein Programm zur Entwicklung von diodengepumpten Festkörperlasern (DPSS) für die ELA. „Unser Ziel ist es, einen Laser mit geringeren Betriebskosten zu entwickeln, dessen Leistungseigenschaften im Wesentlichen VYPER unseres VYPER entsprechen, VYPER die Grundlage für alle ELA-Geräte bildet“, sagt Dr. Norman Hodgson, Coherent . „Dadurch können wir ihn in bestehende LineBeam-Systeme integrieren, sodass Kunden das Temperungssystem nutzen können, ohne ihre Prozesse anzupassen – oder nur mit minimalen Anpassungen.“

„Natürlich verfügtCoherent über umfangreiche Erfahrung und FachkenntnisseCoherent . Das Problem war jedoch, dass es bisher kaum Forschungsergebnisse gab, die für die Herstellung von Lasern genutzt werden konnten, die den strengen Anforderungen der ELA genügen. Wir mussten ganz von vorne anfangen und neue Technologien entwickeln.“

紫外光 DPSS 激光器的设计通常要求其具有良好的光束质量 (M²<1.3) 和小于 1 毫焦耳的脉冲能量。这使它们能够聚焦到非常小的光斑尺寸上，成为微加工的理想来源。有时，在需要更高的功率时，激光器可能会以多模方式运行，其 M² 高达 25，脉冲能量高达 40 毫焦耳。

Aber unser VYPER (bekannt als PYTHON) verfolgt jedoch ein völlig anderes Designziel. Wir benötigen einen höheren M²-Wert und eine Pulsenergie von 1 Joule, um VYPER nachzubilden.

Innovatives Design

Um einen Festkörperlaser mit den für ELA erforderlichen einzigartigen Ausgangseigenschaften zu entwickeln, müssen vor allem Herausforderungen in drei verschiedenen Bereichen bewältigt werden.

Der erste Bereich betrifft nichtlineare Kristalle, die dazu dienen, die ursprüngliche Infrarotstrahlung von Laserkristallen in ultraviolettes Licht umzuwandeln. Die physikalischen AbmessungenPYTHON und die von ihnen verarbeitete Laserleistung unterscheiden sich erheblich von denen aller bisherigen Kristalle. Selbst für die mathematische Modellierung eines Umwandlungsprozesses dieser Größenordnung müssen neue Methoden entwickelt werden.

Die Herstellung dieser großen Kristalle stellt ebenfalls eine enorme Herausforderung dar, insbesondere wenn es darum geht, die für die Verarbeitung hoher Laserleistungen erforderliche Qualität zu erreichen.Coherent züchtet und fertigt diese KristalleCoherent „Advanced Crystals Group“. Diese interne Kompetenz ist von entscheidender Bedeutung, um Kristalle in der erforderlichen Qualität zu entwickeln und bei der Serienproduktion eine zuverlässige Versorgung zu gewährleisten.

Eine weitere Herausforderung ist die Entwicklung von Beschichtungen für alle optischen Komponenten. Diese Beschichtungen müssen extrem hohen Laserenergiedichten standhalten, ohne dabei beschädigt zu werden. 

Obwohl Beschichtungen mit hoher Laserschadensschwelle bereits seit Jahrzehnten existieren, stellt diese Anwendung eine Reihe besonderer Anforderungen. Konkret geht es dabei um die Kombination verschiedener Faktoren wie Strahlgröße, Impulsenergie und Bedingungen für die Dauerbeleuchtung (da das System fast rund um die Uhr in Betrieb ist). 

„Wir müssen völlig neue Beschichtungsdesigns entwickeln und dann auf der Grundlage der Ergebnisse aus Lebensdauertests sowie der Analyse der Beschichtungen und der Bauteile selbst mehrere Designiterationen durchführen. Der Grund dafür ist, dass wir weit über den normalen Leistungsbereich hinausgehen, sodass unser bisheriges Wissen nicht mehr ausreicht“, erklärte Hodgson. 

Ein weiterer wichtiger Innovationsbereich ist die Technologie für gütegeschaltete Laser. Dabei wird ein Modulator im Laserresonator platziert, um hochenergetische Impulse mit einer Impulsbreite von einigen zehn Nanosekunden zu erzeugen. Dies ist eine weit verbreitete Technologie, die in vielenCoherent Coherent zum Einsatz kommt.

Allerdings machtenPYTHON herkömmliche Methoden erneut unbrauchbar. Daher PYTHON Coherent PYTHON völlig neue, proprietäre ImpulstechnologieCoherent PYTHON . 

Ein internationales Team nimmt langsam Gestalt an

Dank unseres interdisziplinären Ingenieurteams konnten all diese Innovationen zügig umgesetzt werden. Das Team besteht aus technischen Experten mit Fachkenntnissen in den Bereichen DPSS-Laserdesign, Pumpdiodenarchitektur, Frequenzkonversionstechnologie, Kristallzüchtung sowie Beschichtungsverfahren. 

Dank ihrer Bemühungen konnte die erste Testplatine des Lasers bereits sechs Monate nach Projektstart in Betrieb genommen werden. Etwa ein Jahr später waren zwei Prototypen des Lasersystems mit der erforderlichen Ausgangsleistung von 600 W fertiggestellt. Anschließend haben wir diese Laser in das LineBeam-Werkzeug integriert, um Glühversuche durchzuführen. Nachdem diese erfolgreich verlaufen waren, begannen wir mit der Konstruktion und Erprobung des Endprodukts. All dies wurde innerhalb von etwa anderthalb Jahren abgeschlossen. 

„Die EntwicklungPYTHON war das anspruchsvollste Projekt meiner beruflichen Laufbahn, da nahezu jedes Laserkomponenten individuell entwickelt werden musste“,“, sagt Hodgson. „Ich kann mir nicht vorstellen, wie wir dieses Ziel ohne Coherent . Wir mussten Technologien wie Frequenzkonversion, Q-Schaltung, dielektrische Beschichtung und Kristallzüchtung weiterentwickeln. Dass uns dies gelungen ist, verdanken wir unseren hervorragenden Ingenieuren, die diese Technologien entwickelt und alle Produkte intern hergestellt haben. Dadurch konnten wir das erforderliche Leistungs-, Qualitäts- und Kontrollniveau erreichen.“

PYTHON eine Alternative zu ELA, senkt die Anschaffungskosten um 50 % und verbessert sogar die Temperergebnisse. Erfahren Sie mehr über Python .

Bei Coherent in Göttingen PYTHON ein PYTHON in ein LineBeam-System PYTHON , um Temperungstests durchzuführen.

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