Solid State Laser Annealing for OLED Displays
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OLED Flachbildschirm Dünnfilmtransistor Kristallisation
Kristallisationsprozesse (aus der Flüssigphase und Festphase) von a-Si Schichten sind von großer Bedeutung für die Herstellung von OLED Flachbildschirmen.
LAVA® Laser Optik Substratbestrahlung im INNOVAVENT Applikationslabor
Mikroskophoto einer 50 nm a-Si Schicht nach der Bestrahlung nach dem UV SLA Verfahren und ELA Verfahren
Dünnfilmtransistoren in einer Siliziumschicht schalten einzelne Pixel des Displays um das Bild aufzubauen. In LCD-Bildschirmen wird die Polarisation des Flüssigkristalls gedreht um die RGB (rot, grün, blau) Helligkeit der Pixel sehr schnell einzustellen, und in OLED-Flachbildschirmen wird der Versorgungsstrom der lichtemittierenden organischen Diodenmatrix gesteuert.
In beiden Displaytypen wird durch die Kristallisation der amorph aufgedampften Si-Schicht die Elektronenbeweglichkeit um einen Faktor 500-1000 erhöht um in der Schicht schnell schaltende Dünnfilmtransistoren aufzubauen. Mit dem Laserlicht wird die Siliziumschicht für kurze Zeit so sehr erwärmt, dass sie sich verflüssigt und danach kristallin wieder verfestigt.
UV-Laserlicht der Wellenlänge 343nm wird in einer 10nm-Schicht a-Si und p-Si Schicht nahezu vollständig absorbiert (Absorptionskoeffizient >1.000.000 cm-¹).
UV-SLA realisiert den Durchbruch in bezug auf die Reduktion der Laserbetriebskosten und des Wartungsaufwands im Vergleich zum ELA-Prozeß.
Prozesse zur lateralen Kristallisation von dünnen Siliziumfilmen mit Excimerlaserlicht der Wellenlänge 308nm wurden erstmals von der Gruppe um Prof. J. Im an der Columbia Universität in den 1990er Jahren beschrieben (z. B. Robert S. Sposili, James S. Im, Sequential lateral solidification of thin silicon films on SiO₂, Applied Physics Letters 69, p. 2864 (1996)) und Prozesspatente dazu angemeldet.
Der 343nm UV-SLA-Prozess ähnelt dem ELA Prozess sehr und die vollständige Absorption findet - wie bei der Wellenlänge 308nm - in a-Si und p-Si-Schichten statt. Dies ermöglicht die Schichten (p-Si) beim Scannen mehrfach zu belichten und damit gleichmäßige Korngrößenverteilungen zu realisieren.
Die Einstellung des zeitlichen Pulsverlaufs und der kleine Scan-Vorschub von 2-3µm bei 10 kHz reduzieren die notwendige Energiedichte auf 250-300mJ/cm² (im Vergleich dazu ~420mJ/cm² für ELA). Das FLATTOP Profil in der Scanachse von 40-50µm erzeugt gleichmäßige Kornstrukturen, die das ELA-typische Muster mit der Periode der Laserwellenlänge zeigen.
UV-SLA hat das Potenzial mit einem 10x kleineren Pitch (2µm im Vergleich zu 20µm pro Puls) bei 10kHz Laserpulsfrequenz uniformere p-Si Filme herzustellen als ELA. Festkörperlaseranordnungen bieten bei vergleichbarer Leistung größeren Durchsatz und reduzierte Betriebskosten auf ca. 40-50% im Vergleich zu ELA.
Eine 750mm lange Linie mit einem 50µm FLATTOP erreicht mit 4 TruMicro 8340 (40mJ, 10 kHz, 15-20ns) UV-Festkörperlasern eine Energiedichte von >350mJ/cm². Um die Linienlänge auf 1000mm zu steigern werden 6 Laserquellen (40mJ) verwendet.
Laser Optics für Annealing und Kristallisation | ||||