激光器在显示制造中的应用：准分子激光退火
Coherent 公司准分子激光器拥有一项关键的技术工艺，该工艺可实现更明亮、分辨率更高、更节能的显示屏制造。
2022 年 10 月 4 日，作者：Coherent
如今，大多数手机中使用的 AMOLED 显示屏都非常炫丽，明亮而且清晰，而在这种炫丽的表面之下，制造商也在努力降低显示屏的功耗。 这很重要，因为显示屏通常比手机中的任何其他部件消耗更多的电池电量。 制造商已经应用了大量技术来真正实现这一目标。 其中，Coherent 公司的激光器发挥着非常重要的作用。 本系列博客有六篇，我们将分享一些使用激光器制造显示屏的具体方法。
在制造设备电路的第一步中，有一个最重要的工艺由 Coherent 公司激光器提供支持。 此工艺将一层薄薄的硅（所有现代固态电子器件的核心半导体）沉积在称为“玻璃基板”的大型面板上。现在，这些玻璃基板面板大小通常为 1.5m x 1.85m (GEN 6.5)，不过手机制造商希望将它们做得更大一些，从而降低单个显示屏的成本。
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难点在于非晶硅
但是这层硅有一个小问题。 制造这层硅的化学气相沉积工艺会产生非晶硅。 在非晶硅中，单个原子以不规则和无序的方式排列。 由非晶硅制成的电路不具备良好的电子特性，这意味着显示屏会更暗，并消耗更多的电池电量。
相比之下，手机中的集成电路以及我们今天使用的所有其他电子设备都是使用单晶硅制成的。 单晶硅中的原子排列高度有序；这种排列带来了非常好的电子特性，也是现代微处理器速度如此惊人的原因之一。
遗憾的是，微处理器所用单晶硅晶片的制造技术无法放大到接近玻璃基板的尺寸。 但事实证明，还有第三种形态的硅——多晶硅，其原子排列相对比较有序。 这里的关键指标是电子迁移率，多晶硅的电子迁移率可以比非晶硅高 200 倍（而单晶硅的电子迁移率通常至少是多晶硅的两倍）。 多晶硅的使用是当前显示屏如此出色的一个主要原因。
关于显示屏生产的一个绝妙创意
那么，如何获得多晶硅呢？ 获得多晶硅并不是那么难，至少理论上并不难。 需要做的就是加热非晶硅层，直到熔化，然后迅速冷却，使其再固化成为多晶硅形态。
不过问题是，硅需要加热到大约 600°C 才能熔化， 而这样的高温以及相关的快速热循环会损坏普通玻璃制成的面板，因此面板需要使用昂贵的耐热型玻璃。 这将使显示屏更加昂贵，尤其是当制造商扩大到更大的玻璃板尺寸时。
解决方案是一种称为准分子激光退火 (ELA) 的技术，可用于制造低温多晶硅 (LTPS)。 这种技术依赖于Coherent 公司准分子激光器。
使用准分子激光器的原因是因为它们是可以产生非常强大的紫外线脉冲的光源。 硅强烈吸收紫外线，再加上高脉冲能量，只需几个激光脉冲即可迅速熔化薄硅层。 这种接近完全的熔化对于获得正确的多晶结构和所需的电子特性至关重要。
硅的高吸收性还可以防止紫外线大量穿透下面的玻璃，或柔性显示屏中的聚酰胺 (PI) 层。 因此，即使硅完全熔化，玻璃本身在 ELA 期间也不会变热。 所以，ELA 可以在标准的低成本玻璃板上进行。 这就是为什么 ELA 是制造用于 AMOLED 手机显示屏的 LTPS 的主要方法。
为了在大型玻璃基板上执行 ELA，准分子激光器发出的光束（通常为矩形）被重新整形为通常与玻璃板宽度相同的细线光束。 该细线光束被聚焦到玻璃板上，并沿着整个面板长度进行扫描，以实现所需的硅熔化和再固化。
大规模 ELA
每年全球大约生产 15 亿部手机。 每个大型制造商每天生产大约 100 万部手机。 不用说，这些公司都希望自己的生产过程非常可靠并且成本较低。 因为在这样的规模下，任何造成装配线暂时中断或产生废品的因素都会耗费大量资金。
Coherent LineBeam 系统是所有主要显示屏制造商使用的经济高效的大规模 ELA 解决方案。
Coherent 公司提供集成的紫外激光器和光学系统 – 我们的 Coherent LineBeam，这是真正确保大规模 ELA 达到制造商所需质量、可靠性、产量和成本特性的制胜法宝。 因为在现实世界中，大规模 ELA 系统包含若干不同的组件，每个组件都必须表现良好，并且还必须与系统的其他部分很好地配合。 这些组件包括：
- 准分子激光器 – Coherent 公司 VYPER 系列 – 旨在以高重复频率（以实现必要的吞吐速度）提供非常高的能量脉冲，具有非凡的稳定性和较长的使用寿命。
- LineBeam 光学元件采用矩形准分子激光束，将其重塑为具有极其一致强度的细长光线束。 这是必要的，这样 ELA 工艺的特性就不会随光束的位置而变化。
- 主动监测和控制系统，以验证和保证工艺质量和一致性。
ELA 是生产高品质平板显示屏不可或缺的工具。 而且，这种情况在短期内不太可能改变，因为Coherent 公司不断扩大我们的 LineBeam 系统，可以加工更大尺寸的玻璃基板，让制造商能够着眼于下一代更大屏幕的手机和平板设备。
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