CO2-lasers kunnen displaycellen en polarisatoren snijden met de snelheid en randkwaliteit die nodig zijn voor een kosteneffectieve productie van grote volumes.
's Werelds grootste displayfabrikanten produceren meer dan 1 miljoen displays per dag. Dit enorme volume vereist een extreem snel productieproces.
In de vroege stadia van de productie is deze snelle productiecapaciteit relatief eenvoudig te bereiken. De reden hiervoor is dat de eerste stappen in de FPD-productiecyclus worden uitgevoerd op een moederglassubstraat met meer dan 100 displays. Hierdoor kunnen stappen als ELA en LLO alle displays op het moederglas tegelijkertijd verwerken in één enkele bewerking.
De situatie verandert echter wanneer het grote paneel in "cellen" wordt verdeeld. Dit betekent dat het in afzonderlijke displays wordt gesneden, en soms in meerdere displays. Deze celsnijbewerking kan van nature niet gelijktijdig op het hele paneel worden uitgevoerd. Het is een reeks bewerkingen.
Fabrikanten willen natuurlijk niet dat het snijden van cellen een productiebottleneck wordt. Het proces moet nog steeds gesynchroniseerd zijn met de rest van het productieproces.
Superzachte snede
Dunne, flexibele organische lichtgevende diode (OLED) displays kunnen eenvoudig worden gesneden met behulp van verschillende methoden, althans in theorie. Deze specifieke toepassing levert echter enkele unieke problemen op.
Ten eerste is elk display slechts een paar millimeter van zijn buurman op het paneel gescheiden. Ten tweede is het display gemaakt van een stapel heterogene materialen, die elk verschillende snijkarakteristieken kunnen hebben. Ten slotte is het display een vrij kwetsbaar elektronisch apparaat. Hitte of andere factoren die ervoor zorgen dat de lagen fysiek volledig van elkaar gescheiden raken, kunnen het display beschadigen.
CO2-lasers zijn zeer geschikt om snijbewerkingen binnen al deze beperkingen te optimaliseren. Deze lasers produceren infraroodlicht met een hoog vermogen dat goed wordt geabsorbeerd door de verschillende materialen in de OLED-stapel, waardoor elke laag efficiënt kan worden gesneden. Bovendien produceert het snijden geen vuil, dus het heeft geen invloed op het uiterlijk of de functie van het display, en er zijn geen extra productiestappen nodig om het vuil te verwijderen.
Voor displaycel- en polarisatorsnijden wordt doorgaans een hogesnelheids-, precisiescansysteem gebruikt om een gerichte CO2-bundel te leveren. Dit levert de vereiste doorvoer op, waardoor rechte sneden met smalle zaagsnedebreedtes worden geproduceerd.
Het snijden van CELLEN brengt meerdere niveaus van problemen met zich mee
Echter, een hoog laservermogen, hoewel het snel snijden mogelijk maakt, heeft een nadeel. Dit komt doordat CO2 laser infrarood snijden een thermisch mechanisme gebruikt. Dat wil zeggen, het verhit het materiaal totdat het verdampt. Tijdens het snijproces komt er zoveel warmte in het onderdeel dat er een grote hitte-beïnvloede zone ontstaat, die de display-schakelingen kan beschadigen.
Bovendien zijn zowel de onderste als de bovenste laag van flexibele OLED-schermen gemaakt van polymeermaterialen. Tijdens het snijden wordt het plastic verhit en smelt een deel van het materiaal, maar verdampt niet. Het gesmolten materiaal vloeit en stolt opnieuw tot een "kraal", wat resulteert in licht dikke randen.
Deze dikke randen kunnen problemen veroorzaken in volgende productiestappen, vooral wanneer een contrastverbeterende polarisator wordt toegevoegd bovenop het OLED-scherm. Deze polarisator wordt ook gesneden met een CO2-laser en heeft last van hetzelfde probleem met randverdikking.
Wanneer de twee delen aan elkaar worden gelamineerd, kan de dikkere rand luchtbellen of openingen tussen de lagen veroorzaken, wat een ernstig gebrek is.
Gemoduleerde CO2-lasers maken snijden veel beter
Om dikke randen te vermijden bij het snijden, heeft Coherent een gemoduleerde CO2-laser ontwikkeld. Deze laser schakelt de straal heel snel aan en uit. Hoewel er nog steeds genoeg warmte nodig is om het materiaal te verdampen, staat de laser niet heel lang aan, dus de warmte wordt niet ver in het substraat geleid om het materiaal daar te smelten, maar de warmte wordt ook niet volledig geëlimineerd.
Er zijn twee verschillende manieren om een CO2-laser te moduleren. Eén manier is om een laser te gebruiken die een continue output produceert en deze vervolgens in pulsen te snijden met een externe lichtmodulator. Dit is de aanpak van de DIAMOND Cx10LDE+ laser van Coherent, die nu veel wordt gebruikt in de FPD-industrie voor het snijden van displaycellen en polarisatoren.
Een reden waarom de CX10-LDE+ zo wijdverbreid wordt gebruikt, is dat de modulator direct in de laser is ingebouwd. Hierdoor kunnen we de laser en de datacontrol-elektronica volledig integreren om de algehele systeemprestaties te optimaliseren. Dit is cruciaal om de vereiste pulscontrolnauwkeurigheid en vermogensstabiliteit te bereiken om de procesconsistentie en herhaalbaarheid te bereiken die FPD-fabrikanten vereisen.
De tweede manier om een CO2-laser te moduleren is door een Q-Switch te gebruiken. Bij deze aanpak wordt een modulator in de laserresonator geplaatst en wordt de laser in gepulste (in plaats van continue) modus bediend. Dit heeft een aanzienlijke impact op de manier waarop de laser werkt. Dus terwijl een externe voeding microseconde pulsbreedtes levert, produceert Q-Switch kortere nanoseconde pulsbreedtes en verhoogt ook aanzienlijk het piekpulsvermogen.
Deze kortere pulsen verkleinen de warmte-beïnvloede zone verder en bieden ook een grotere precisie en controle over het snijproces. Als gevolg hiervan stappen veel FPD-fabrikanten over op deze technologie. De DIAMOND Cx-10LQS+ van Coherent is een van de weinige Q-Switch CO2-lasers op de markt.
Betrouwbaarheid brengt kostenbesparingen met zich mee
Een andere reden waarom Coherent lasers zo populair zijn voor displaycellen en polarisatorsnijden is hun lange levensduur, hoge betrouwbaarheid en wereldwijde service-infrastructuur. Tegenwoordig produceren FPD-fabrikanten elke dag een groot aantal producten zonder onderbreking. Productiestilstand om lasers te repareren of te vervangen kan een enorme impact hebben op de opbrengst en kosten. Coherent lasers hebben een lange levensduur, doorgaans tussen de 10,000 en 20,000 uur, wat ervoor zorgt dat FPD's van hoge kwaliteit continu kunnen worden geproduceerd. En wanneer de laser toch vervangen moet worden, kunnen Coherent's wereldwijde inventaris en snelle responsserviceteam ervoor zorgen dat deze zo snel mogelijk vervangen kan worden.
