Wie helfen Laser bei der Herstellung der ultradünnen, hochhellen Bildschirme von heute? Ältere Menschen erinnern sich vielleicht noch daran, wie antike Fernseher aussahen. Von großen, klobigen Kathodenstrahlröhren bis hin zu den dünnen, leichten Bildschirmen von heute hat sich die Displaytechnologie dramatisch weiterentwickelt.
Die ersten Flachbildfernseher und -monitore basierten auf Flüssigkristallanzeigen (LCDs). Diese Technologie stellte einen großen Fortschritt gegenüber den alten Kathodenstrahlröhren dar.
Allerdings ist die interne Struktur eines LCDs tatsächlich recht komplex. LCD-Panels strahlen kein eigenes Licht aus, daher benötigen sie eine Hintergrundbeleuchtung, Polarisatoren und eine Schicht Farbfilter, um rote, grüne und blaue Bildelemente zu erzeugen. All diese Faktoren behindern die Miniaturisierung des Geräts und schränken insbesondere die Flexibilität ein.
Um dünnere und flexiblere Displays zu entwickeln, haben Hersteller die OLED-Technologie (Organic Light-Emitting Diode) entwickelt. Jedes Bildelement in einem AMOLED-Display enthält drei Emitter (rot, grün und blau), sodass keine Hintergrundbeleuchtung erforderlich ist. Darüber hinaus können AMOLED-Displays sehr dünn sein, sogar nur einen Bruchteil eines Millimeters. Dies ist die Gesamtdicke nach dem Hinzufügen weiterer Funktionsschichten wie Touch-Funktionalität und Kontrastverstärkung. Da AMOLED-Displays so dünn gemacht werden können, könnten die Bildschirme sogar gebogen oder gefaltet werden.
Doch die Herstellung so dünner Displays stellt die Hersteller vor Herausforderungen. Bedenken Sie, dass die Hersteller viele Displays gleichzeitig auf einem einzigen Substrat von etwa 1,5 mal 1,9 Metern herstellen. Bei dieser Größe ist die Verarbeitung von nur einem Bruchteil eines Millimeters Dicke unpraktisch. Die Verarbeitung von etwas, das sowohl groß als auch dünn ist, ist schwierig. Außerdem ist es wichtig, dass das Displaysubstrat während des gesamten Herstellungsprozesses sehr, sehr flach bleibt. Und noch einmal: Die Verarbeitung von etwas, das sowohl groß als auch dünn ist, ist schwierig.
Das Geheimnis ultradünner Displays
Um dieses Problem zu lösen, bauen Hersteller Displays auf dickeren, steiferen „Mutterglas“-Substraten. Der erste Produktionsschritt besteht darin, eine dünne Polymerschicht auf das Mutterglassubstrat zu kleben. Diese Polymerschicht bildet die Grundlage des fertigen Displays. Als nächstes wird Silizium auf das Polymersubstrat aufgebracht, gefolgt von Excimer-Laser-Annealing (ELA), Platzierung der elektronischen Schaltkreise und schließlich Platzierung der anderen Verbundschichten des Displays.
Gegen Ende dieses Prozesses wird das Display vom Mutterglassubstrat getrennt. Am Ende haben Sie ein ultradünnes Display.
Wenn das Display vom Mutterglassubstrat getrennt wird, ist der Herstellungsprozess fast abgeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt sind die meisten Kosten bereits im Display enthalten. Es ist sehr teuer, das Teil in dieser Phase zu verschrotten. Dies bedeutet, dass der Trennprozess präzise und schonend sein muss.
Dabei gilt es insbesondere zwei Dinge zu vermeiden: Zum einen dürfen beim Trennvorgang keine nennenswerten mechanischen Kräfte oder Spannungen entstehen, da das Display sehr fragil ist. Zum anderen darf sich das Display durch den Trennvorgang nicht zu stark erhitzen, da sonst die Elektronik beschädigt werden kann.
Excimer-Laser machen OLED-Produktion möglich
Die gängigen Hersteller von AMOLED-Displays verwenden derzeit ein Trennverfahren namens Laser Lift-Off (LLO). Vor der Anwendung von LLO muss das gesamte Panel umgedreht werden, sodass das Mutterglassubstrat nach oben zeigt. Anschließend wird Licht aus einer Hochimpulsenergiequelle, einem Ultraviolett-Excimerlaser (UV), zu einem dünnen Strahl geformt. Dieser Strahl wird durch das Glas genau an der Schnittstelle zwischen dem Mutterglassubstrat und dem Dünnschichtpolymersubstrat fokussiert, das die Displayschaltkreise enthält.
Der Strahl tastet schnell den gesamten Bereich des Mutterglassubstrats ab. Obwohl das UV-Licht durch das Glas hindurchgeht, wird es stark vom Klebstoff zwischen dem Mutterglassubstrat und dem Polymer sowie vom Polymer selbst absorbiert. Die Hitze des Lasers verdampft den Klebstoff fast augenblicklich und trennt das Display vom Mutterglassubstrat. Aber das ist, was wir wollen, der Laser dringt fast überhaupt nicht in das Polymerdisplaysubstrat ein, sodass er im Display nicht viel Hitze erzeugt. Die Displayschaltkreise werden vom LLO-Prozess nicht beeinflusst.
Excimerlaser sind wie ELA eine ideale Lichtquelle für LLO. Dafür gibt es zwei Hauptgründe: Erstens erzeugen Excimerlaser Impulse mit höherer Energie im UV-Licht als andere Lasertypen. Dieses UV-Licht wird von Klebstoffen stark absorbiert, und die hohe Laserleistung führt dazu, dass sich der Klebstoff schnell auflöst. Dadurch kann sich LLO mit der für die Displayproduktion erforderlichen Geschwindigkeit bewegen. Geschwindigkeit ist wichtig, da große Displayhersteller täglich Bildschirme für mehr als 1 Million Mobiltelefone liefern!
Darüber hinaus eignet sich der Excimer-Laserstrahl zur Bildung eines länglichen Strahls. Dieser kann in ein Strahlprofil mit einem gleichmäßigen (flachen) Profil umgewandelt werden, anstatt in das von den meisten Lasern erzeugte gaußförmige Intensitätsprofil. Das flache Strahlprofil ermöglicht einen viel größeren Verarbeitungsbereich als ein gaußförmiger Strahl. Es macht die Produktionslinie LLO weniger anfällig für kleine Abweichungen in der genauen Fokusposition des Lasers und der Größe des Mutterglassubstrats, das leichte Verformungen im Mutterglassubstrat tolerieren kann.
Die LLO-Systeme von Coherent werden von großen Displayherstellern auf der ganzen Welt eingesetzt. Diese Systeme kombinieren hochstabile Excimerlaser mit unserem einzigartigen optischen UVblade-System, um den endgültigen Linienstrahl zu erzeugen. Wir können alle aktuellen Displaygrößen unterstützen, von Einzelplatten bis hin zu großen Substraten. Die UVblade-Optik von Coherent ist skalierbar, um die Produktionsanforderungen flexibler und faltbarer Displays der nächsten Generation zu erfüllen.
