디스플레이 제작용 레이저: 레이저 Lift-off
Coherent UVblade 시스템은 다수의 스마트폰과 태블릿, 기타 모바일 장치에 사용되는 얇고 유연한 AMOLED 디스플레이를 생산할 때 이와 같이 핵심적인 역할을 합니다.
출처: 2022년 8월 15일 Coherent
오늘날 이와 같이 화면을 놀라울 정도로 얇고 가볍게 만드는 데 있어서 레이저가 어떠한 도움이 될까요? 최초의 TV를 기억할 정도로 연령이 지긋한 사람이라면 누구나 디스플레이 기술이 놀라울 정도로 덩치가 큰 브라운관에서 얼마나 많은 발전을 이루어왔는지에 대해서 높은 평가를 내리기 때문입니다.
초창기 평면 패널 TV와 모니터는 모두 액정 디스플레이(LCD)가 기반이었습니다. 이 기술은 기존 TV 튜브를 뛰어넘는 커다란 도약을 이루었습니다.
그러나 실제 LCD의 내부는 다소 복잡하게 이루어져 있습니다. LCD 패널 자체는 빛을 발산하지 않으므로 백라이트와 편광판, 적색, 녹색, 청색 픽셀을 만들기 위한 컬러 필터 층이 필요합니다. 이 모든 것이 이러한 장치를 소형화하는 능력, 특히 장치를 보다 유연하게 만드는 능력을 제한합니다.
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당황하지 마세요. 유기물이니까요
더욱 얇고 유연한 디스플레이를 만들어 내기 위해 제조업체들이 유기 발광 다이오드(OLED) 기술을 개발했습니다. AMOLED 디스플레이의 각 픽셀에는 세 가지 발광기(빨간색, 녹색, 파란색)가 포함되어 있어 백라이트가 필요하지 않습니다. 그래서 AMOLED 디스플레이가 1mm보다 얇은 두께를 가질 수 있는 것입니다. 그리고 이는 터치스크린 기능과 콘트라스트 강화를 위해 다른 레이어까지 포함되더라도 총 두께가 됩니다. AMOLED 디스플레이는 매우 얇게 만들 수 있어서 유연하거나 접을 수가 있습니다.
하지만 이와 같이 디스플레이를 얇게 만드는 것은 제조업체들에게 문제가 됩니다. 1.5mx1.9m 정도의 단일 기판에 수많은 디스플레이가 한 번에 제작된다는 점을 명심해야 합니다. 두께가 1mm에 불과한 것을 가공하는 것은 현실적으로 매우 어렵습니다. 크고 얇은 것은 다루기가 쉽지 않습니다. 또한 디스플레이 기판이 매우 평평해야 하며 제조 과정 내내 평평한 상태를 유지하는 것이 매우 중요합니다. 언급했던 것처럼 크고 매우 얇은 것으로 제조하는 것은 어려운 일입니다.
더욱 얇은 디스플레이를 만드는 비결
이러한 문제를 해결하기 위해 디스플레이는 더 두껍고 단단한 "마더 글라스" 위에 구성됩니다. 첫 번째 생산 단계는 얇은 고분자 시트를 이 마더 글라스에 접합하는 것입니다. 이 폴리머층은 완성된 디스플레이의 하단이 될 것입니다. 다음으로, 실리콘을 이 폴리머 기판에 증착하고, 이어서 엑시머 레이저 어닐링(ELA)을 생성하고, 마지막으로 다른 디스플레이 층이 배치됩니다.
이 과정이 끝날 무렵에는 디스플레이가 마더 글라스와 분리됩니다 그러면 면도날처럼 얇은 디스플레이를 얻게 됩니다.
디스플레이는 마더 글라스와 분리하면 거의 완성됩니다. 이때 대부분의 비용이 이미 디스플레이에 소요되었습니다. 그러므로 이러한 단계에서 부품을 폐기하는 것은 많은 비용이 들게 됩니다. 이는 분리 과정이 정확하고 부드러워야 함을 의미합니다.
특히 피해야 할 두 가지가 있습니다. 첫째, 분리 공정은 디스플레이가 너무 섬세하기 때문에 어떠한 기계적 힘이나 응력도 부여해서는 안 됩니다. 둘째, 전자제품이 손상될 수 있기 때문에 이 공정이 디스플레이에 많은 열을 가해서는 안 됩니다.
엑시머 레이저는 OLED 생산을 촉진합니다.
현재 주요 AMOLED 디스플레이 제조사가 채택하고 있는 분리 공정은 LLO(Laser Lift-Off) 공정입니다. LLO를 시작하려면 전체 패널을 뒤집어서 마더 글라스가 위에 오도록 합니다. 그런 다음, 높은 펄스 에너지인 자외선(UV) 엑시머 레이저 광이 길고 얇은 라인 빔으로 형성됩니다. 이 라인 빔은 마더 글라스와 디스플레이 회로를 포함하는 얇은 폴리머 기판 사이의 계면에서 바로 유리를 통해 초점을 맞춥니다.
빔은 마더 글라스의 전체 영역에 걸쳐 빠르게 스캔됩니다. 자외선은 유리를 통과하지만 마더 글라스가 폴리머와 폴리머 그 자체와 결합하는 접착제에 의해 강하게 흡수됩니다. 그래서 즉시 접착제가 거의 증발하고 디스플레이가 마더 글라스에서 분리될 정도로 충분히 가열됩니다. 그런데 정말 중요한 점은 레이저 광은 폴리머 디스플레이 기판 자체에 거의 침투되지 않아서 장치 내에서 가열을 일으키지 않는다는 것입니다. 디스플레이 회로는 LLO 프로세스의 영향을 받지 않습니다.
엑시머 레이저 라인 빔을 빠르게 스캔하여 섬세한 디스플레이 회로를 그것이 생성된 마더 글라스 패널에서 부드럽게 분리할 수 있습니다.
엑시머 레이저는 ELA처럼 LLO 소스를 제공하는 데 있어서 이상적인 방식입니다. 이러한 주요 이유는 두 가지가 있습니다. 첫 번째 이유는 엑시머 레이저는 다른 레이저 방식보다 자외선에서 더욱 높은 펄스 에너지 출력을 생성합니다. 이 UV 광선은 접착제에 강하게 흡수되며 레이저 출력이 높으면 접착제가 빠르게 분해됩니다. 그래서 LLO가 디스플레이 생산에 필요한 속도로 이동할 수 있게 됩니다. 주요한 디스플레이 제조업체들이 날마다 전화기를 100만 대 이상 만들어 내기 때문에 속도가 중요합니다!
또한, 엑시마 레이저 빔은 길고 얇은 라인 빔을 형성하는 데 유리합니다. 뿐만 아니라, 대부분의 레이저가 생성하는 가우스 강도 분포보다는 균일한(flat-top) 빔 프로파일을 갖도록 변환될 수 있습니다. 균일한 빔 프로파일은 가우스 빔이 제공할 수 있는 것보다 훨씬 커다란 공정 창이 사용될 수 있습니다. 이를 통해 생산 라인 LLO는 레이저의 정확한 초점 위치가 다소 달라지거나 마더 글라스 치수가 조금 변화되더라도 민감하게 반응하지 않게 되며 마더 글라스가 조금 뒤틀리게 되더라도 내성이 생기게 됩니다.
Coherent LLO 시스템은 전 세계 디스플레이 제조업체에서 사용됩니다. 이러한 시스템을 통해 안정성이 매우 높은 엑시머 레이저와 최종 라인 빔을 생성하는 Coherent만의 독특한 UV 블레이드 광학 시스템이 결합될 수 있습니다. Coherent는 하나의 셀에서 대형 기판에 이르기까지 현재 디스플레이의 모든 사이즈를 지원합니다. 또한 Coherent UVblade 광학 장치는 차세대 플렉시블과 폴더블 디스플레이의 생산에 필요한 요구 사항을 충족하도록 확장하는 것이 가능합니다.
Coherent 엑시머 UV 레이저 시스템에 대해 자세히 알아보십시오.
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