Hoe helpen lasers bij het creëren van de ultradunne, helderdere schermen van vandaag? Oudere mensen herinneren zich misschien nog hoe antieke televisies eruit zagen. Van grote, logge beeldbuizen tot de dunne, lichte schermen van vandaag, de displaytechnologie is enorm geëvolueerd.
De eerste flat-panel televisies en monitoren waren gebaseerd op liquid crystal displays (LCD's). Deze technologie vertegenwoordigde een grote sprong voorwaarts ten opzichte van de oude kathodestraalbuizen.
De interne structuur van een LCD is echter behoorlijk complex. LCD-panelen zenden zelf geen licht uit, dus hebben ze een achtergrondverlichting, polarisatoren en een laag kleurfilters nodig om rode, groene en blauwe beeldelementen te produceren. Al deze factoren belemmeren de mogelijkheid om het apparaat te miniaturiseren, met name de beperkte flexibiliteit.
Om dunnere, flexibelere displays te bereiken, ontwikkelden fabrikanten de organische lichtgevende diode (OLED)-technologie. Elk beeldelement in een AMOLED-display bevat drie emitters (rood, groen en blauw), dus er is geen achtergrondverlichting nodig. Bovendien kunnen AMOLED-displays heel dun zijn, zelfs een fractie van een millimeter dik. Dit is de totale dikte na het toevoegen van andere functionele lagen, zoals aanraakfunctionaliteit en contrastverbetering. Omdat AMOLED-displays zo dun kunnen worden gemaakt, kunnen de schermen zelfs buigen of vouwen.
Maar het maken van displays die zo dun zijn, brengt fabrikanten voor uitdagingen te staan. Vergeet niet dat fabrikanten veel displays tegelijk maken op een enkel substraat van ongeveer 1,5 meter bij 1,9 meter, en het verwerken van iets dat slechts een fractie van een millimeter dik is op dat formaat is onpraktisch. Het verwerken van iets dat zowel groot als dun is, is moeilijk. Het is ook van cruciaal belang dat het displaysubstraat heel, heel vlak blijft tijdens het productieproces. Nogmaals, het verwerken van iets dat zowel groot als dun is, is moeilijk.
Het geheim van het maken van ultradunne displays
Om dit probleem aan te pakken, bouwen fabrikanten displays op dikkere, stijvere "moederglas"-substraten. De eerste productiestap is het binden van een dunne filmpolymeerlaag aan het moederglas-substraat. Deze polymeerlaag wordt de basis van het voltooide display. Vervolgens wordt silicium op het polymeersubstraat afgezet, gevolgd door excimerlaser-annealing (ELA), plaatsing van de elektronische circuits en ten slotte plaatsing van de andere samengestelde lagen van het display.
Tegen het einde van dit proces wordt het display gescheiden van het moederglas substraat. Uiteindelijk heb je een ultradun display.
Wanneer het display van het moederglas substraat wordt gescheiden, is het productieproces bijna voltooid. Op dit punt zijn de meeste kosten al in het display opgenomen. Het is erg duur om het onderdeel in dit stadium te schrappen. Dit betekent dat het scheidingsproces nauwkeurig en voorzichtig moet zijn.
In het bijzonder moeten twee dingen worden vermeden: Ten eerste mag het scheidingsproces geen significante mechanische krachten of stress genereren, omdat het display erg kwetsbaar is. Ten tweede mag het proces het display niet te veel opwarmen, omdat dit de elektronica kan beschadigen.
Excimerlasers maken OLED-productie haalbaar
Mainstream AMOLED-schermfabrikanten gebruiken momenteel een scheidingsproces dat laser lift-off (LLO) wordt genoemd. Voordat LLO wordt gebruikt, moet het hele paneel worden omgedraaid zodat het moederglassubstraat naar boven wijst. Vervolgens wordt licht van een hoge pulsenergiebron, een ultraviolet (UV) excimerlaser, gevormd tot een dunne straal. Deze straal wordt door het glas gefocust, precies op de interface tussen het moederglassubstraat en het dunne filmpolymeersubstraat met de displayschakeling.
De straal scant snel het gehele moederglas substraatgebied. Hoewel het UV-licht door het glas heen gaat, wordt het sterk geabsorbeerd door de lijm tussen het moederglas substraat en het polymeer, evenals het polymeer zelf. De hitte van de laser verdampt de lijm bijna onmiddellijk, waardoor het display van het moederglas substraat wordt gescheiden. Maar dit is wat we willen, de laser dringt bijna helemaal niet door in het polymeer display substraat, dus genereert het niet veel warmte in het display. De display circuitry wordt niet beïnvloed door het LLO-proces.
Net als ELA vormen excimerlasers een ideale lichtbron voor LLO. Er zijn twee belangrijke redenen: Ten eerste produceren excimerlasers pulsen met een hogere energie in het UV-licht dan andere soorten lasers. Dit UV-licht wordt sterk geabsorbeerd door lijmen en het hoge laservermogen zorgt ervoor dat de lijm snel afbreekt. Hierdoor kan LLO bewegen met de snelheden die nodig zijn voor de productie van displays. Snelheid is belangrijk, aangezien grote displayfabrikanten elke dag schermen leveren voor meer dan 1 miljoen mobiele telefoons!
Bovendien leent de excimerlaserstraal zich voor het vormen van een langwerpige straal. Dit kan worden omgezet in een straalprofiel met een uniform (vlakke bovenkant) profiel, in plaats van het Gaussische intensiteitsprofiel dat door de meeste lasers wordt geproduceerd. Het vlakke bovenkant straalprofiel zorgt voor een veel groter verwerkingsbereik dan een Gaussische straal. Het maakt de productielijn LLO minder gevoelig voor kleine variaties in de exacte focuspositie van de laser en de grootte van het moederglas substraat, dat lichte kromtrekking in het moederglas substraat kan tolereren.
De LLO-systemen van Coherent zijn door grote displayfabrikanten over de hele wereld overgenomen. Deze systemen combineren uiterst stabiele excimerlasers met ons unieke UVblade-optische systeem om de uiteindelijke lijnbundel te produceren. We kunnen alle huidige displayformaten ondersteunen, van enkele panelen tot grote substraten. De UVblade-optica van Coherent zijn schaalbaar om te voldoen aan de productievereisten van flexibele en opvouwbare displays van de volgende generatie.
