CO2-Laser können Displayzellen und Polarisatoren mit der Geschwindigkeit und Kantenqualität schneiden, die für eine kostengünstige Massenproduktion erforderlich sind.
Die weltweit größten Displayhersteller produzieren mehr als 1 Million Displays pro Tag. Dieses enorme Volumen erfordert einen extrem schnellen Produktionsprozess.
In den frühen Produktionsphasen ist diese schnelle Produktionsfähigkeit relativ einfach zu erreichen. Der Grund dafür ist, dass die ersten Schritte im FPD-Produktionszyklus auf einem Mutterglassubstrat durchgeführt werden, das mehr als 100 Displays enthält. Dadurch können Schritte wie ELA und LLO alle Displays auf dem Mutterglas gleichzeitig in einem einzigen Vorgang verarbeiten.
Die Situation ändert sich jedoch, wenn das große Panel in „Zellen“ unterteilt wird. Dies bedeutet, dass es in einzelne und manchmal mehrere Displays geschnitten wird. Dieser Zellschneidevorgang kann naturgemäß nicht gleichzeitig auf dem gesamten Panel durchgeführt werden. Es handelt sich um eine Reihe von Vorgängen.
Natürlich wollen die Hersteller nicht, dass das Schneiden von Zellen zu einem Engpass in der Produktion wird. Der Prozess muss weiterhin mit dem Rest des Produktionsprozesses synchronisiert werden.
Super schonendes Schneiden
Dünne, flexible OLED-Displays (Organic Light Emitting Diode) lassen sich mit verschiedenen Methoden problemlos schneiden, zumindest theoretisch. Allerdings bringt diese spezielle Anwendung einige einzigartige Probleme mit sich.
Erstens ist jedes Display nur wenige Millimeter von seinem Nachbarn auf dem Panel getrennt. Zweitens besteht das Display aus einem Stapel heterogener Materialien, von denen jedes unterschiedliche Schneideigenschaften aufweisen kann. Und schließlich ist das Display ein ziemlich zerbrechliches elektronisches Gerät. Hitze oder andere Faktoren, die dazu führen, dass sich die Schichten physisch vollständig trennen, können das Display beschädigen.
CO2-Laser eignen sich gut, um Schneidvorgänge unter Berücksichtigung all dieser Einschränkungen zu optimieren. Diese Laser erzeugen hochenergetische Infrarotstrahlung, die von den verschiedenen Materialien im OLED-Stapel gut absorbiert wird, sodass jede Schicht effizient geschnitten werden kann. Darüber hinaus entstehen beim Schneiden keine Rückstände, sodass weder das Erscheinungsbild noch die Funktion des Displays beeinträchtigt werden und keine zusätzlichen Produktionsschritte zum Entfernen der Rückstände erforderlich sind.
Zum Schneiden von Displayzellen und Polarisatoren wird normalerweise ein Hochgeschwindigkeits-Präzisions-Scansystem verwendet, das einen fokussierten CO2-Strahl abgibt. Dies sorgt für den erforderlichen Durchsatz und erzeugt gerade Schnitte mit schmalen Schnittbreiten.
CELL-Schneiden bringt mehrere Problemebenen mit sich
Eine hohe Laserleistung ermöglicht zwar schnelles Schneiden, hat aber auch einen Nachteil. Denn beim Infrarotschneiden mit CO2-Lasern kommt ein thermischer Mechanismus zum Einsatz. Das heißt, das Material wird so lange erhitzt, bis es verdampft. Während des Schneidvorgangs gelangt so viel Wärme in das Teil, dass eine große Wärmeeinflusszone entsteht, die die Displayschaltkreise beschädigen kann.
Darüber hinaus bestehen sowohl die untere als auch die obere Schicht flexibler OLED-Displays aus Polymermaterialien. Beim Schneiden wird der Kunststoff erhitzt und ein Teil des Materials schmilzt, verdampft jedoch nicht. Das geschmolzene Material fließt und verfestigt sich wieder zu einem „Perlen“, was zu leicht dicken Kanten führt.
Diese dicken Kanten können in nachfolgenden Produktionsschritten zu Problemen führen, insbesondere wenn auf dem OLED-Display ein kontrastverstärkender Polarisator angebracht wird. Dieser Polarisator wird ebenfalls mit einem CO2-Laser geschnitten und weist das gleiche Problem der Kantenverdickung auf.
Beim Laminieren der beiden Teile kann es durch die dickere Kante zu Blasen oder Lücken zwischen den Schichten kommen, was einen schwerwiegenden Mangel darstellt.
Modulierte CO2-Laser machen das Schneiden deutlich besser
Um dicke Kanten beim Schneiden zu vermeiden, hat Coherent einen modulierten CO2-Laser entwickelt. Dieser Laser schaltet den Strahl sehr schnell ein und aus. Obwohl er immer noch auf genügend Hitze angewiesen ist, um das Material zu verdampfen, ist der Laser nicht sehr lange eingeschaltet, sodass die Hitze nicht weit in das Substrat geleitet wird, um das Material dort zu schmelzen, die Hitze wird jedoch auch nicht vollständig beseitigt.
Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten, einen CO2-Laser zu modulieren. Eine besteht darin, einen Laser zu verwenden, der eine kontinuierliche Leistung erzeugt und diese dann mit einem externen Lichtmodulator in Impulse schneidet. Diesen Ansatz verfolgt der DIAMOND Cx10LDE+-Laser von Coherent, der heute in der FPD-Industrie häufig zum Schneiden von Displayzellen und Polarisatoren verwendet wird.
Ein Grund für die weite Verbreitung des CX10-LDE+ ist, dass der Modulator direkt in den Laser eingebaut ist. Dadurch können wir den Laser und die Datensteuerungselektronik vollständig integrieren und so die Gesamtleistung des Systems optimieren. Dies ist entscheidend, um die erforderliche Pulssteuerungsgenauigkeit und Leistungsstabilität zu erreichen und so die Prozesskonsistenz und Wiederholbarkeit zu erreichen, die FPD-Hersteller verlangen.
Die zweite Möglichkeit, einen CO2-Laser zu modulieren, ist die Verwendung eines Q-Switch. Bei diesem Ansatz wird ein Modulator in den Laserresonator eingesetzt und der Laser im gepulsten (anstatt kontinuierlichen) Modus betrieben. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Funktionsweise des Lasers. Während also eine externe Stromversorgung Pulsbreiten im Mikrosekundenbereich liefert, erzeugt ein Q-Switch kürzere Pulsbreiten im Nanosekundenbereich und erhöht zudem die Spitzenpulsleistung erheblich.
Diese kürzeren Impulse reduzieren die Wärmeeinflusszone weiter und bieten zudem mehr Präzision und Kontrolle über den Schneidevorgang. Aus diesem Grund steigen viele FPD-Hersteller auf diese Technologie um. Der DIAMOND Cx-10LQS+ von Coherent ist einer der wenigen Q-Switch-CO2-Laser auf dem Markt.
Zuverlässigkeit bringt Kosteneinsparungen
Ein weiterer Grund, warum Coherent-Laser so beliebt für das Schneiden von Displayzellen und Polarisatoren sind, ist ihre lange Lebensdauer, hohe Zuverlässigkeit und globale Service-Infrastruktur. Heute produzieren FPD-Hersteller täglich ohne Unterbrechung eine große Anzahl von Produkten. Produktionsausfälle zur Reparatur oder zum Austausch von Lasern können enorme Auswirkungen auf Ertrag und Kosten haben. Coherent-Laser haben eine lange Lebensdauer, typischerweise zwischen 10.000 und 20.000 Stunden, wodurch sichergestellt wird, dass kontinuierlich hochwertige FPDs produziert werden können. Und wenn der Laser ausgetauscht werden muss, können Coherents globales Inventar und das schnelle Reaktionsserviceteam sicherstellen, dass er so schnell wie möglich ausgetauscht werden kann.
