In che modo i laser aiutano a creare gli schermi ultrasottili e ad alta luminosità di oggi? Le persone più anziane potrebbero ricordare che aspetto avevano le televisioni antiche. Dai grandi e ingombranti tubi a raggi catodici agli schermi sottili e leggeri di oggi, la tecnologia dei display si è evoluta in modo spettacolare.
I primi televisori e monitor a schermo piatto erano basati su schermi a cristalli liquidi (LCD). Questa tecnologia ha rappresentato un importante passo avanti rispetto ai vecchi tubi a raggi catodici.
Tuttavia, la struttura interna di un LCD è in realtà piuttosto complessa. I pannelli LCD non emettono luce da soli, quindi richiedono una retroilluminazione, polarizzatori e uno strato di filtri colorati per produrre elementi di immagine rossi, verdi e blu. Tutti questi fattori ostacolano la capacità di miniaturizzare il dispositivo, limitando in particolar modo la flessibilità.
Per ottenere display più sottili e flessibili, i produttori hanno sviluppato la tecnologia OLED (Organic Light-Emitting Diode). Ogni elemento dell'immagine in un display AMOLED contiene tre emettitori (rosso, verde e blu), quindi non è richiesta alcuna retroilluminazione. Inoltre, i display AMOLED possono essere molto sottili, anche di una frazione di millimetro di spessore. Questo è lo spessore totale dopo aver aggiunto altri strati funzionali come la funzionalità touch e il miglioramento del contrasto. Poiché i display AMOLED possono essere realizzati così sottili, gli schermi potrebbero persino essere in grado di piegarsi o ripiegarsi.
Ma realizzare display così sottili presenta delle sfide per i produttori. Ricordate, i produttori realizzano molti display contemporaneamente su un singolo substrato di circa 1,5 metri per 1,9 metri, e lavorare qualcosa che è spesso solo una frazione di millimetro a quelle dimensioni è poco pratico. Lavorare qualcosa che è sia grande che sottile è difficile. È anche fondamentale che il substrato del display rimanga molto, molto piatto durante tutto il processo di produzione. Di nuovo, lavorare qualcosa che è sia grande che sottile è difficile.
Il segreto per realizzare display ultrasottili
Per risolvere questo problema, i produttori costruiscono display su substrati di "vetro madre" più spessi e rigidi. Il primo passaggio di produzione consiste nel legare uno strato di polimero a pellicola sottile al substrato di vetro madre. Questo strato di polimero diventerà la base del display finito. Successivamente, il silicio viene depositato sul substrato di polimero, seguito dalla ricottura laser a eccimeri (ELA), dal posizionamento dei circuiti elettronici e infine dal posizionamento degli altri strati compositi del display.
Verso la fine di questo processo, il display viene separato dal substrato di vetro madre. Alla fine, si ottiene un display ultrasottile.
Quando il display viene separato dal substrato di vetro madre, il processo di fabbricazione è quasi completo. A questo punto, la maggior parte del costo è già inclusa nel display. È molto costoso rottamare la parte in questa fase. Ciò significa che il processo di separazione deve essere preciso e delicato.
In particolare, bisogna evitare due cose: in primo luogo, il processo di separazione non deve generare forze meccaniche o stress significativi, perché il display è molto fragile. In secondo luogo, il processo non deve causare un surriscaldamento eccessivo del display, perché questo potrebbe danneggiare l'elettronica.
I laser ad eccimeri rendono fattibile la produzione di OLED
I principali produttori di display AMOLED attualmente utilizzano un processo di separazione chiamato laser lift-off (LLO). Prima di utilizzare LLO, l'intero pannello deve essere capovolto in modo che il substrato di vetro madre sia rivolto verso l'alto. Quindi, la luce proveniente da una sorgente di energia a impulsi elevati, un laser a eccimeri ultravioletti (UV), viene trasformata in un fascio sottile. Questo fascio viene focalizzato attraverso il vetro proprio all'interfaccia tra il substrato di vetro madre e il substrato polimerico a film sottile contenente i circuiti del display.
Il raggio scansiona rapidamente l'intera area del substrato di vetro madre. Sebbene la luce UV attraversi il vetro, viene fortemente assorbita dall'adesivo tra il substrato di vetro madre e il polimero, nonché dal polimero stesso. Il calore del laser evapora l'adesivo quasi istantaneamente, separando il display dal substrato di vetro madre. Ma questo è ciò che vogliamo, il laser non penetra quasi per niente nel substrato del display in polimero, quindi non genera molto calore nel display. Il circuito del display non è influenzato dal processo LLO.
Come ELA, i laser ad eccimeri forniscono una fonte di luce ideale per LLO. Ci sono due motivi principali: in primo luogo, i laser ad eccimeri producono impulsi con energia più elevata nella luce UV rispetto ad altri tipi di laser. Questa luce UV viene fortemente assorbita dagli adesivi e l'elevata potenza del laser fa sì che l'adesivo si rompa rapidamente. Ciò consente a LLO di muoversi alle velocità richieste per la produzione di display. La velocità è importante, poiché i principali produttori di display forniscono schermi per oltre 1 milione di telefoni cellulari ogni giorno!
Inoltre, il raggio laser a eccimeri si presta a formare un raggio allungato. Questo può essere convertito in un profilo del raggio con un profilo uniforme (superiore piatto), piuttosto che il profilo di intensità gaussiana prodotto dalla maggior parte dei laser. Il profilo del raggio superiore piatto consente un intervallo di elaborazione molto più ampio rispetto a un raggio gaussiano. Rende la linea di produzione LLO meno suscettibile a piccole variazioni nella posizione di messa a fuoco esatta del laser e nelle dimensioni del substrato di vetro madre, che può tollerare una leggera deformazione nel substrato di vetro madre.
I sistemi LLO di Coherent sono stati adottati dai principali produttori di display in tutto il mondo. Questi sistemi combinano laser ad eccimeri altamente stabili con il nostro esclusivo sistema ottico UVblade per produrre il fascio di linea finale. Siamo in grado di supportare tutte le dimensioni di display correnti, dai singoli pannelli ai grandi substrati. Le ottiche UVblade di Coherent sono scalabili per soddisfare i requisiti di produzione dei display flessibili e pieghevoli di prossima generazione.
