Comment les lasers permettent-ils de créer les écrans ultra-minces et très lumineux d'aujourd'hui ? Les personnes âgées se souviennent peut-être de l'aspect des téléviseurs antiques. Des grands tubes cathodiques encombrants aux écrans fins et légers d'aujourd'hui, la technologie d'affichage a considérablement évolué.
Les premiers téléviseurs et moniteurs à écran plat étaient basés sur des écrans à cristaux liquides (LCD). Cette technologie représentait une avancée majeure par rapport aux anciens tubes cathodiques.
Cependant, la structure interne d'un écran LCD est en réalité assez complexe. Les panneaux LCD n'émettent pas de lumière par eux-mêmes, ils nécessitent donc un rétroéclairage, des polariseurs et une couche de filtres de couleur pour produire des éléments d'image rouges, verts et bleus. Tous ces facteurs entravent la capacité de miniaturisation de l'appareil, limitant notamment la flexibilité.
Pour obtenir des écrans plus fins et plus flexibles, les fabricants ont développé la technologie OLED (diode électroluminescente organique). Chaque élément d'image d'un écran AMOLED contient trois émetteurs (rouge, vert et bleu), de sorte qu'aucun rétroéclairage n'est nécessaire. De plus, les écrans AMOLED peuvent être très fins, même d'une fraction de millimètre d'épaisseur. Il s'agit de l'épaisseur totale après l'ajout d'autres couches fonctionnelles telles que la fonctionnalité tactile et l'amélioration du contraste. Comme les écrans AMOLED peuvent être si fins, ils pourraient même être pliés ou repliés.
Mais fabriquer des écrans aussi fins pose des problèmes aux fabricants. N'oubliez pas que les fabricants fabriquent de nombreux écrans simultanément sur un seul substrat d'environ 1,5 mètre sur 1,9 mètre, et qu'il est impossible de traiter un objet de cette taille qui ne mesure qu'une fraction de millimètre d'épaisseur. Il est difficile de traiter un objet à la fois grand et fin. Il est également essentiel que le substrat d'affichage reste très, très plat tout au long du processus de fabrication. Encore une fois, traiter un objet à la fois grand et fin est difficile.
Le secret pour fabriquer des écrans ultra-minces
Pour résoudre ce problème, les fabricants construisent des écrans sur des substrats en verre mère plus épais et plus rigides. La première étape de production consiste à coller une fine couche de polymère sur le substrat en verre mère. Cette couche de polymère deviendra la base de l'écran fini. Ensuite, du silicium est déposé sur le substrat polymère, suivi du recuit au laser excimer (ELA), du placement des circuits électroniques et enfin du placement des autres couches composites de l'écran.
Vers la fin de ce processus, l'écran est séparé du substrat en verre mère. Au final, vous obtenez un écran ultra-mince.
Une fois l'écran séparé du substrat en verre mère, le processus de fabrication est presque terminé. À ce stade, la majeure partie du coût est déjà incluse dans l'écran. Il est très coûteux de mettre la pièce au rebut à ce stade. Cela signifie que le processus de séparation doit être précis et doux.
Il faut notamment éviter deux choses : d'une part, le processus de séparation ne doit pas générer de forces ou de contraintes mécaniques importantes, car l'écran est très fragile. D'autre part, le processus ne doit pas provoquer un échauffement excessif de l'écran, car cela pourrait endommager l'électronique.
Les lasers excimères rendent possible la production d'OLED
Les principaux fabricants d'écrans AMOLED utilisent actuellement un processus de séparation appelé laser lift-off (LLO). Avant d'utiliser le LLO, l'ensemble du panneau doit être retourné de manière à ce que le substrat en verre mère soit orienté vers le haut. Ensuite, la lumière provenant d'une source d'énergie à impulsion élevée, un laser excimer ultraviolet (UV), est transformée en un faisceau fin. Ce faisceau est focalisé à travers le verre juste à l'interface entre le substrat en verre mère et le substrat polymère à film mince contenant le circuit d'affichage.
Le faisceau balaie rapidement toute la surface du substrat en verre mère. Bien que la lumière UV traverse le verre, elle est fortement absorbée par l'adhésif entre le substrat en verre mère et le polymère, ainsi que par le polymère lui-même. La chaleur du laser évapore l'adhésif presque instantanément, séparant l'écran du substrat en verre mère. Mais c'est ce que nous voulons, le laser ne pénètre presque pas du tout dans le substrat d'affichage en polymère, il ne génère donc pas beaucoup de chaleur dans l'écran. Le circuit d'affichage n'est pas affecté par le processus LLO.
Comme l'ELA, les lasers excimères constituent une source de lumière idéale pour le LLO. Il y a deux raisons principales : tout d'abord, les lasers excimères produisent des impulsions avec une énergie plus élevée dans la lumière UV que les autres types de lasers. Cette lumière UV est fortement absorbée par les adhésifs, et la puissance laser élevée provoque la dégradation rapide de l'adhésif. Cela permet au LLO de se déplacer aux vitesses requises pour la production d'écrans. La vitesse est importante, car les principaux fabricants d'écrans fournissent des écrans pour plus d'un million de téléphones portables chaque jour !
De plus, le faisceau laser excimer se prête à la formation d'un faisceau allongé. Celui-ci peut être converti en un profil de faisceau avec un profil uniforme (à sommet plat), plutôt que le profil d'intensité gaussien produit par la plupart des lasers. Le profil de faisceau à sommet plat permet une plage de traitement beaucoup plus large qu'un faisceau gaussien. Il rend la ligne de production LLO moins sensible aux petites variations de la position de mise au point exacte du laser et de la taille du substrat en verre mère, qui peut tolérer une légère déformation du substrat en verre mère.
Les systèmes LLO de Coherent ont été adoptés par les principaux fabricants d'écrans du monde entier. Ces systèmes combinent des lasers excimers extrêmement stables avec notre système optique UVblade unique pour produire le faisceau de ligne final. Nous pouvons prendre en charge toutes les tailles d'écran actuelles, des panneaux simples aux grands substrats. Les optiques UVblade de Coherent sont évolutives pour répondre aux exigences de production des écrans flexibles et pliables de nouvelle génération.
