石墨烯通过创新的激光技术在超薄显示器制造中发挥作用

首尔科技大学 （SEOULTECH） 的研究人员在 Sumin Kang 教授的领导下，开发了一种创新技术，以解决电子设备超薄显示器制造中长期存在的挑战。近年来，对更薄、更轻、更灵活的显示器的需求迅速增长，超薄聚酰亚胺 （PI） 薄膜因其卓越的热稳定性和柔韧性而被广泛用作基材。然而，用于将 PI 薄膜与其载体基板分离的传统激光剥离 （LLO） 技术在应用于厚度小于 5 μm 的薄膜时通常会失败。这些技术通常会导致机械变形、起皱和残留，从而影响超薄显示器的质量。

来源： SEOULTECH

传统 LLO 方法的局限性在于 PI 膜与其载体基材之间的强粘附力，这导致激光烧蚀过程中会产生高机械应力。为了克服这些挑战，SEOULTECH 的研究团队引入了石墨烯增强的激光剥离 （GLLO） 方法。这种方法在 PI 薄膜和玻璃载体之间加入了一层化学气相沉积 （CVD） 生长的石墨烯，为分离过程创造了一种新的方法。

石墨烯吸收紫外线 （UV） 的能力将烧蚀位点从 PI 膜内转移到石墨烯-PI 界面，从而减少了载体上残留的碳质残留物量。此外，石墨烯的高面内导热性促进了横向热扩散，从而抚平了激光烧蚀过程中形成的气泡，并减少了 PI 膜上的机械应力。石墨烯充当屏障，减少界面粘附，实现更顺畅的分离，并最大限度地减少对超薄薄膜的损害。

据研究人员称，这种新方法已被证明是对传统 LLO 技术的重大改进。GLLO 工艺成功分离了薄至 2.9 μm 的 PI 薄膜，而不会造成重大损坏，解决了超薄显示器制造的关键需求。此外，该工艺更加稳健可靠，为成功操作提供了更广泛的激光通量和扫描间距。石墨烯层最大限度地减少了 PI 薄膜上的起皱、破裂和残留物，从而提高了分离薄膜的整体质量。玻璃载体上留下的残留物减少，使其具有再利用的潜力，为制造过程提供了节省成本的机会。

石墨烯集成载体的可更新过程示意图。（来源： 自然）

广泛的实验验证证明了 GLLO 方法的有效性。研究人员比较了 GLLO 和传统 LLO 的工艺窗口，发现 GLLO 提供了明显更宽的工艺窗口并降低了表面粗糙度。残留物分析表明，石墨烯层极大地减少了载体上碳质残留物的厚度，共聚焦显微镜证实了石墨烯对烧蚀过程中泡罩形成的平滑作用。研究人员成功地使用 GLLO 方法分离了在 2.9 μm PI 衬底上制造的超薄有机发光二极管 （OLED） 器件。即使在极端变形下，这些器件也能保持其电气和机械性能，证明了该方法适用于柔性和可穿戴电子设备。

初步结果还强调了在多个 OLED 制造周期中重复使用石墨烯集成玻璃载体的潜力，进一步提高了该工艺的可持续性和成本效益。然而，要实现完全消除残留物，还需要额外的优化，正在进行的研究将集中在改进该技术的这一方面。

参考：Kang， S.， Chang， J.， Lim， J. 等人。用于超薄显示器的石墨烯激光剥离。国家通讯 15， 8288 （2024）。https://doi.org/10.1038/s41467-024-52661-3