LED-Based Display Manufacturing

Fachkompetenzen

  • Infinite Field of View
  • Positionssynchronisierte Ausgabe (Position Synchronized Output, PSO)
  • Leistungskorrekturzuordnung
  • Flexible Steuerung und thermisch stabiler, hoch präziser Galvo-Scanner
Abbildung 1: Multi-Scanner-System unter Verwendung der IFOV A3200 Steuerungsfunktion zur einfachen
Ausführung komplexer, hoch dynamischer Laserbearbeitung im großen Umfang zwischen mehreren Achsen.

Technologieüberblick

Anzeigetechnologie mit Licht emittierender Diode (LED) ist kurz davor, die Flüssigkristall-Displays (Liquid Crystal Display, LCD) zu ersetzen, die heutzutage noch in Telefone, Computer und Flachbildschirme integriert sind. LEDs bieten LCDs gegenüber eine ganze Reihe von Vorteilen. Aus der Anwenderperspektive bieten LED-Displays ein signifikant höheres Kontrastverhältnis, höhere Pixelauflösung, Helligkeit, Aktualisierungsraten, einen größeren Farbbereich und Blickwinkel. Darüber hinaus sind LEDs energieeffizienter als LCDs und bieten eine einfachere, widerstandsfähigere Bauweise, wodurch sie in einer breiteren Palette von Anwendungsumgebungen eingesetzt werden können. Am interessanten an LEDs sind aber die Fähigkeit, sie in besonders dünnen Formfaktoren herstellen zu können, und ihre „Lichtemissions“-Eigenschaften. Weil sie „Licht emittieren“, ist keine Hintergrundbeleuchtung wie bei LCD-Technologie erforderlich und sie können in extrem dünne, flexible und sogar durchsichtige Folien integriert werden, wodurch praktische jede Oberfläche in ein Display umgewandelt werden kann.

LED-Displays werden in Panels hergestellt, die aus einer Reihe komplexer Schichten bestehen. Wie bei integrierten Schaltkreisen bestehen die meisten frühen Herstellungsprozesse aus Aufdampfungs- und chemischen Beschichtungsprozessen, bei denen das Panel mithilfe von Robotern und Transportbändern von einem Untersystemschritt zum nächsten befördert wird. Sind die Panelschichten vollständig aufgetragen, findet der schwierige Prozess des Ausschneidens der individuellen Komponentendisplays statt. Dieser Prozess erfolgt mittels Galvanometer-Laser-Scanner mithilfe von Servotischen, wie in Abbildung 1 dargestellt wird. Aufgrund der komplexen Montage von Polymer- und organischen Schichten im Display ist die Ausgabequalität der geschnittenen Teile Laserparametern und allgemeinen Prozesssteuerungen gegenüber sehr empfindlich. Gleichzeitig besteht der Wunsch nach hohen Durchsatzraten, weil die Fertigungskapazitäten in dieser Branche extremen Drücken ausgesetzt sind. LED-Technologie wird LCD-Technologie im Mobiltelefon- und TV-Bereich in den nächsten Jahren komplett überholen.

Die Herstellung kleiner, flexibler LED-Displays ist nicht einfach. Die Interaktion zwischen Material und Laser, die notwendig ist, um Qualitätsschnitte durch die verschiedenen Schichten eines Displays zu vollziehen, ist vielen Faktoren gegenüber empfindlich. Die komplexen Bewegungskonturen und Verfolgungsfehler-Anforderungen sind ebenfalls anspruchsvoller als bei bisherigen Display-Herstellungsprozessen. Dazu kommen die Belastung durch große Nachfrage, enge Termine und Herausforderungen durch nicht vorgesehene Probleme, die mit allen neuen Technologien und Produktionsprozessen einher gehen.

Der AGV-HP von Aerotech ist ein Galvo-Laser-Scanner der neuen Generation und nutzt Präzisionsprinzipien und Komplett-Bewegungssystem-Integrationskonzepte. Der AGV ist extrem schnell, der präziseste Scanner auf dem Markt und so stabil, dass er in einer 24/7-Produktionsumgebung die Genauigkeit den ganzen Tag beibehalten kann. Gleichzeitig umfasst er modernste Lasersteuerungsfunktionen und arbeitet nahtlos mit anderen Bewegungsachsen zusammen, wodurch viele Designbeschränkungen eliminiert werden und jedes System, in dem er eingesetzt wird, vielseitiger wird.

Nmark AGV-HPO

Die Herausforderung: unregelmäßige Display-Formfaktoren

LED-Display-Technologie ermöglicht die Herstellung unregelmäßiger Display-Formfaktoren und Formen. Mit LEDs können Mobiltelefon-Displays jetzt gebogen sein. Das Ziel besteht darin, „biegsame“ Displays herzustellen. Neben größeren Bildschirmen, der anhaltenden Beliebtheit von Tablets und dem wachsenden Einsatz von LED-Displays in anderen Märkten wie z. B. der Automobilbranche führt dies dazu, dass ihre Herstellung in einem einzigen Galvo-Sichtbereich sehr schwierig ist. Das Schneiden des geschichteten Materials erfordert kleine Punktgrößen, was wiederum den Sichtbereich kleiner als die komplette Display-Komponente macht. Dadurch ist die Bearbeitung der kompletten Display-Komponente bei hohem Durchsatz praktisch unmöglich.

Die Aerotech-Lösung: Infinite Field of View (IFOV)

Infinite Field of View (IFOV) von Aerotech kann dazu eingesetzt werden, die Verknüpfung zwischen Feldgröße und Punktgröße zu lösen. Mit IFOV kann ein Maschinenbauer das Objektiv wählen, das er benötigt, um die gewünschte Punktgröße zu erzielen, und qualitativ hochwertige Schnitte bei komplexen Materialien gewährleisten. Die Bearbeitungsfläche wird so stark wie gewünscht erweitert, indem Tische für den Scanner hinzugefügt werden, der mit IFOV in einer kombinierten Scanner- und Servotischbewegung verwendet wird. Dadurch kann der Anwender große Komponenten-Displays sowie kleine Mobil-Displays mit der gleichen Maschine herstellen. Durch die nahtlose Kombination von Galvo- und Servobewegung kann ein System mit IFOV sehr große, unregelmäßige und komplexe Formen bei hohem Durchsatz und hoher Qualität schneiden. Weitere Details finden Sie in unserer Broschüre Infinite Field of View.

Die Herausforderung: genaue Kontrolle von sowohl Laserenergie/-leistung als auch Bewegung

Das Schneiden der verschiedenen Schichten im LED-Display-Material ist Laserparametersteuerung gegenüber sehr empfindlich. Um qualitativ hochwertige Schnitte und hohe Durchsätze zu erzielen, müssen die vom Laser auf das Werkstück angewandte Energie und Leistung eng zusammen mit der Bewegung gesteuert werden. Dies kann bei herkömmlichen Galvo/Servo-Kombinationssystemen schwierig sein, weil sie unabhängig voneinander funktionieren. Wenn der Laser nicht synchron mit der Bewegung gesteuert wird, sind mangelhafte Teile, geringere Produktionsmengen und ein suboptimaler Prozess die Folge.

Die Aerotech-Lösung: Positionssynchronisierte Ausgabe (Position Synchronized Output, PSO) und Analogvektorverfolgung

Positionssynchronisierte Ausgabe (Position Synchronized Output, PSO) bietet dem Bewegungsprogrammierer die Möglichkeit, Laserenergie als Funktion der Echtzeit-Werkzeugposition auszulösen, statt anhand fester zeitlicher Frequenzen. Dadurch kann der Anwender die gewünschte Energiedichte auf der gesamten Schneidekontur wählen und diese Einstellung durch Regelung der verabreichten Energie in der Raumdomäne beibehalten. Die Bewegungsausrüstung kann jetzt über alle Änderungen von Geschwindigkeit und Beschleunigung hinweg, die zur Beibehaltung einer hohen Verfolgungsgenauigkeit erforderlich sind, wie sie bei komplexen Schnitten vorgegeben ist, für eine hohe Schnittqualität sorgen. Darüber hinaus kann der Anwender mithilfe der Analogvektorverfolgung die Impulsenergie oder Laserleistung als Funktion der tatsächlichen Geschwindigkeit des Werkzeugs am Werkstück regeln, und das selbst in kombinierten, IFOV-basierten Bewegungssystemen (langsam in scharfen Ecken, um dynamische Genauigkeit zu wahren, ohne dass sich die Impulse aufstauen und in diesen Bereichen für eine mangelhafte Schnittqualität sorgen). Weitere Details finden Sie hier: Positionssynchronisierte Ausgabe (PSO) - Abstimmung von Werkstück-Position und Prozessablauf.

Die Herausforderung: f-Theta-Objektivverzerrung

Wiederum gilt: Das Schneiden der verschiedenen Schichten im LED-Display-Material ist Laserparametersteuerung gegenüber sehr empfindlich. Um qualitativ hochwertige Schnitte und hohe Durchsätze zu erzielen, müssen die vom Laser auf das Werkstück angewandte Energie und Leistung eng zusammen mit der Bewegung gesteuert werden. Die Verzerrung aufgrund des f-Theta-Objektivs bei Bewegung des Laserpunktes reicht auch, um sich negativ auf die Teilequalität auszuwirken. Durch Begrenzung des Sichtbereichs des Scanners zur Vermeidung von Bereichen mit hoher Verzerrung kommt es aber zu Durchsatzverlusten.

Die Aerotech-Lösung: Leistungskorrekturzuordnung

Leistungskorrekturzuordnung ist eine integrierte Steuerungsfunktion, mit der der Anwender den Leistungsausgang des Lasers über einen Analogausgang als Funktion der Position im Sichtbereich des Scanners skalieren kann. Die Auswirkungen der Punktgrößenverzerrung durch das f-Theta-Objektiv können praktisch ganz durch Änderung des Leistungsausgangs des Lasers zur Berücksichtigung von Änderungen des Durchmessers des Laserpunktes beseitigt werden. Mithilfe dieser Leistungskorrekturzuordnung werden unabhängig von der Position im Galvo-Sichtbereich sehr gleichmäßig verteilte Energiedichten auf das Substrat angewandt. Das Ergebnis: ein höherer Durchsatz und eine verbesserte Gesamtsystemeffizienz.

Die Herausforderung: ein sich schnell verändernder Markt

Mit dem Wachstum auf dem LED-Display Markt und den damit verbundenen Veränderungen sind andere Produktionstechniken erforderlich, um die verschiedenen Märkte zu unterstützen, auf denen die Displays eingesetzt werden. Hersteller möchten gewährleisten, dass sie in ein Produkt und ein Unternehmen investieren, das der unvermeidlichen nächsten unbekannten Herausforderung begegnen kann.

Die Aerotech-Lösung: flexible Steuerung und thermisch stabile, hoch präzise Galvo-Funktion

Der AGV-Galvo-Scanner und die Maschinensteuerung A3200 bieten die optimale verfügbare Kombination von sowohl offener Datenarchitektur als auch dynamischer Fähigkeit, Präzisionsbewegungen auszuführen. Die A3200 bietet dem Anwender die Möglichkeit zur Überwachung und Erfassung Hunderter verschiedener Datenobjekte im System, darunter die tatsächliche Position des Scanners in Koordination mit Laserstrahlauslösung und anderen Aktivitäten. Die Steuerung von Aerotech auf dem neuesten Stand der Technik und der Bahngenerator machen den AGV zum präzisesten, dynamisch hoch funktionstüchtigen Galvo-Scanner auf dem derzeitigen Markt.

Ein präziser und stabiler Galvo-Scanner ist erforderlich, weil die Merkmale auf Displays immer kleiner und komplexer werden. Der AGV ist der thermisch stabilste Galvo-Scanner auf dem Markt und bietet eine Verschiebung von nur <10 µrad/°C. Er ist in der Lage, über den gesamten Sichtbereich Bewegungsgenauigkeiten im einstelligen Mikrometerbereich zu erzeugen. Was am wichtigsten ist: Er kommt mit den Daten, um diese Behauptungen zu belegen. Er ist auch mit Wasserkühlung lieferbar, um die Stabilität in variablen Umgebungen zu gewährleisten, und hat sich in Hunderten erfolgreicher Systeme weltweit bewährt.

Die Herausforderung: technische und zeitliche Einschränkungen

Der Display-Markt unterliegt extremen Geschwindigkeiten und die Termine für die Lieferung von Displays sind immer dringend. Die Wahl eines agilen Bewegungskomponenten-Lieferanten, der die Fertigungsprozesse kennt, ist ausschlaggebend. Mit dem Hochfahren der Produktion gehen unweigerlich technische Herausforderungen und Hindernisse einher. Aufgrund unvorhergesehener technischer Komplikationen, die Ihr Bewegungspartner nicht beheben konnte, hinter einem Produktionsplan zurückzufallen, wirkt sich negativ auf ihren zukünftigen Erlös aus.

Die Aerotech-Lösung: eine Erfolgsgeschichte

Der Weltklasse-Support von Aerotech ist bei Produktionsherausforderungen wie diesen ausschlaggebend. Aerotech hat Niederlassungen in allen Regionen der Erde. Servicefragen können in der jeweiligen Zeitzone des Anwenders bearbeitet werden. Außerdem bietet Aerotech mithilfe unserer Application Engineering & Applied Technologies-Gruppen fortgeschrittene Bewegungsprogrammierungs-Unterstützung, um LED-Produktionsprozesse so schnell wie möglich erfolgreich in Betrieb zu nehmen. Aerotech ist ein weltweit führendes Unternehmen in der Entwicklung und im Bau von Bewegungssteuerungs- und Präzisionsausrüstung. Die Mitarbeiter des Unternehmens haben die nötige Erfahrung und die Fähigkeiten, jede Herausforderung zu bestehen, ob bekannt oder noch unbekannt. Wenn Sie Aerotech als Lieferanten wählen, werden Produktionsstartrisiken gemindert und die Zeit bis zur Produktion wird minimiert.

Weitere Details finden Sie hier: