Les lasers CO2 peuvent découper des « cellules » d'affichage et des polariseurs aux vitesses et avec la qualité de bord requises pour une production rentable en grande série.
Les plus grands fabricants d'écrans au monde produisent plus d'un million d'écrans par jour. Ce volume colossal nécessite un processus de production à très grande vitesse.
Dans les premières étapes de la production, cette capacité de production rapide est relativement facile à atteindre. La raison en est que les premières étapes du cycle de production des écrans plats sont réalisées sur un substrat en verre mère contenant plus de 100 écrans. Cela permet aux étapes telles que ELA et LLO de traiter simultanément tous les écrans sur le verre mère en une seule opération.
Cependant, la situation change lorsque le grand panneau est divisé en « cellules ». Cela signifie qu'il est découpé en affichages individuels, et parfois en plusieurs affichages. Par nature, cette opération de découpage de cellules ne peut pas être effectuée simultanément sur l'ensemble du panneau. Il s'agit d'une suite d'opérations.
Bien entendu, les fabricants ne souhaitent pas que la découpe des cellules devienne un goulot d'étranglement de la production. Le processus doit néanmoins être synchronisé avec le reste du processus de production.
Coupe ultra douce
Les écrans OLED (Organic Light Electro-Luminescent Diode) minces et flexibles peuvent être facilement découpés à l'aide de différentes méthodes, du moins en théorie. Cependant, cette application particulière présente des problèmes uniques.
Premièrement, chaque écran n'est séparé de son voisin sur le panneau que de quelques millimètres. Deuxièmement, l'écran est constitué d'un empilement de matériaux hétérogènes, chacun pouvant avoir des caractéristiques de coupe différentes. Enfin, l'écran est un appareil électronique assez fragile. La chaleur ou d'autres facteurs provoquant la séparation physique complète des couches peuvent endommager l'écran.
Les lasers CO2 sont parfaitement adaptés pour optimiser les opérations de découpe dans le cadre de toutes ces contraintes. Ces lasers produisent une lumière infrarouge de haute puissance qui est bien absorbée par les différents matériaux de la pile OLED, ce qui permet de découper efficacement chaque couche. De plus, la découpe ne produit aucun débris, elle n'affecte donc pas l'apparence ou la fonction de l'écran, et aucune étape de production supplémentaire n'est nécessaire pour éliminer les débris.
Pour la découpe des cellules d'affichage et des polariseurs, un système de balayage de précision à grande vitesse est généralement utilisé pour délivrer un faisceau de CO2 focalisé. Cela permet d'obtenir le débit requis, en produisant des coupes droites avec des largeurs de trait étroites.
La découpe de cellules implique plusieurs niveaux de problèmes
Cependant, la puissance élevée du laser, tout en permettant une découpe rapide, présente un inconvénient. En effet, la découpe infrarouge au laser CO2 utilise un mécanisme thermique. Autrement dit, elle chauffe le matériau jusqu'à ce qu'il se vaporise. Pendant le processus de découpe, une telle quantité de chaleur pénètre dans la pièce qu'une grande zone affectée par la chaleur apparaît, ce qui peut endommager le circuit d'affichage.
De plus, les couches inférieures et supérieures des écrans OLED flexibles sont constituées de matériaux polymères. Lors de la découpe, le plastique est chauffé et une partie du matériau fond mais ne se vaporise pas. Le matériau fondu coule et se solidifie en une « perle », ce qui donne des bords légèrement épais.
Ces bords épais peuvent poser problème lors des étapes de production ultérieures, notamment lorsqu'un polariseur améliorant le contraste est ajouté sur l'écran OLED. Ce polariseur est également découpé au laser CO2 et souffre du même problème d'épaississement des bords.
Lorsque les deux parties sont laminées ensemble, le bord plus épais peut provoquer des bulles ou des espaces entre les couches, ce qui constitue un défaut grave.
Les lasers CO2 modulés améliorent considérablement la découpe
Pour éviter les bords épais lors de la découpe, Coherent a développé un laser CO2 modulé. Ce laser allume et éteint le faisceau très rapidement. Bien qu'il nécessite toujours suffisamment de chaleur pour vaporiser le matériau, le laser n'est pas allumé très longtemps, de sorte que la chaleur n'est pas conduite loin dans le substrat pour y faire fondre le matériau, mais la chaleur n'est pas non plus complètement éliminée.
Il existe deux façons différentes de moduler un laser CO2. L'une consiste à utiliser un laser qui produit une sortie continue, puis à la découper en impulsions à l'aide d'un modulateur de lumière externe. C'est l'approche adoptée par le laser DIAMOND Cx10LDE+ de Coherent, qui est désormais largement utilisé dans l'industrie des écrans plats pour découper des cellules d'affichage et des polariseurs.
L'une des raisons pour lesquelles le CX10-LDE+ est si largement utilisé est que le modulateur est intégré directement dans le laser. Cela nous permet d'intégrer entièrement le laser et l'électronique de contrôle des données pour optimiser les performances globales du système. Cela est essentiel pour obtenir la précision de contrôle des impulsions et la stabilité de puissance requises pour obtenir la cohérence et la répétabilité du processus dont les fabricants de FPD ont besoin.
La deuxième façon de moduler un laser CO2 consiste à utiliser un Q-Switch. Dans cette approche, un modulateur est placé à l'intérieur du résonateur laser et le laser fonctionne en mode pulsé (plutôt que continu). Cela a un impact significatif sur le fonctionnement du laser. Ainsi, alors qu'une alimentation externe fournit des largeurs d'impulsion de l'ordre de la microseconde, le Q-Switch produit des largeurs d'impulsion plus courtes de l'ordre de la nanoseconde et augmente également considérablement la puissance d'impulsion de pointe.
Ces impulsions plus courtes réduisent encore la zone affectée par la chaleur et offrent également une plus grande précision et un meilleur contrôle du processus de découpe. Par conséquent, de nombreux fabricants de FPD se tournent vers cette technologie. Le DIAMOND Cx-10LQS+ de Coherent est l'un des rares lasers CO2 Q-Switch du marché.
La fiabilité permet de réaliser des économies
Une autre raison pour laquelle les lasers Coherent sont si populaires pour la découpe de cellules d'affichage et de polariseurs est leur longue durée de vie, leur grande fiabilité et leur infrastructure de service mondiale. Aujourd'hui, les fabricants de FPD produisent un grand nombre de produits chaque jour sans interruption. Les temps d'arrêt de la production pour réparer ou remplacer les lasers peuvent avoir un impact énorme sur le rendement et les coûts. Les lasers Coherent ont une longue durée de vie, généralement entre 10 000 et 20 000 heures, ce qui garantit la production continue de FPD de haute qualité. Et lorsque le laser doit être remplacé, l'inventaire mondial et l'équipe de service à réponse rapide de Coherent peuvent garantir qu'il peut être remplacé dès que possible.
