Ink-Jet Printing kan være nøglen til næste generation af OLED-skærme

Farverige, energieffektive og fleksible skærme baseret på organiske lysemitterende dioder (OLED'er) kan snart blive brugt mere økonomisk på gigantiske inkjet-printere.

Præcisionsprinter: En Kateeva-ingeniør står foran en inkjet-printer, der laver pixels til OLED-skærme.

OLED-skærme forventes efterhånden at erstatte LCD-skærme, den mest almindelige skærm i dag i tv'er og computere. OLED-skærme bruger mindre strøm, har mere levende farver og kan laves på plastik, hvilket gør dem attraktive for fleksibel og endda bærbar elektronik. De futuristiske skærme dukker allerede op i nogle dyre smartphones, digitale kameraer og fjernsyn. Men produktionsudfordringer har hindret forsøg på masseproduktion.

Nu producent af udstyr Kateeva siger, at det har nøglen til at overvinde disse udfordringer. Kateevas opsætning - tilgængelig fra i dag for skærmproducenter - har en bevægelig platform, der præcist placerer glaspaneler eller plastikplader, der er store nok til seks 55-tommer skærme under brugerdefinerede printhoveder. Hvert hoved indeholder hundredvis af dyser, der er indstillet til at afsætte dråber i picoliterskala på nøjagtige steder for at opbygge pixels på en skærm. Virksomheden siger, at værktøjet ret nemt kan indarbejdes i eksisterende displayproduktionslinjer.

Kateeva medstifter og præsident Conor Madigan siger, at systemet, der er baseret på den samme teknologi i inkjetprintere til forbrugere, eliminerer behovet for et trin i det konventionelle produktionsskema, der øger risikoen for defekter i skærmene.

Den konventionelle proces foregår i et vakuumkammer. OLED-pixel er lavet ved at stable tynde film af forskellige organiske materialer; disse lag aflejres ved at kondensere dampe af ønskede materialer på en overflade, sædvanligvis glas. En fin metalstencil, kaldet en skyggemaske, sidder oven på overfladen og sikrer, at dampene afsætter materiale på ekstremt præcise steder og i ensartede mønstre.

Men at stole på skyggemasken er problematisk. En stor mængde materiale går til spilde, fordi det ender med at belægge masken og vakuumkammerets vægge. Og placering og fjernelse af masken har en tendens til at introducere defekt-forårsagende partikler.

Materialer, der udgør OLED'er, er meget følsomme over for forurening - når disse materialer udsættes for ilt og fugt under fremstillingsprocessen, reducerer det levetiden for de resulterende enheder. Bare et par støvpartikler er nok til at ødelægge en skærm. Og jo større areal af skærmen, der laves, jo sværere er det at kontrollere for forurening.

Som et resultat heraf har lavt produktionsudbytte plaget tidligere bestræbelser på at producere OLED-skærme, der er store nok til fjernsyn. Ved denne størrelse er vakuumteknikken upraktisk, hævder Madigan. Det, der er nødvendigt, siger han, er måden at både afsætte og mønstre OLED-materialelag med skyggemaskens præcision, men uden en skyggemaske. Det er, hvad inkjet-printmetoden lover.

OLED-pixels indviklede natur udgør en grundlæggende udfordring, siger Vladimir Bulović , en MIT nanoteknolog og Kateeva medstifter. Inden for stakken af ​​100 organiske molekylære lag, der udgør en skærm, leveres gløden af ​​kun 10 - hvilket udgør et område, der kun er 10 nanometer tykt. Disse lag skal placeres nøjagtigt det rigtige sted i stakken for at fungere. Inkjet-print, siger han, giver den nøjagtighed, der kræves for at opnå dette, og for at placere hver pixel præcist i forhold til de andre i arrayet.

Forskere har længe vidst, at de kunne bruge inkjet-print til at lave OLED-pixel. Faktisk har det været genstand for mange års forskning og udvikling af trykkeriet Epson og andre. Men mens flere virksomheder har prøvet det, har teknologien endnu ikke fungeret til masseproduktion, siger Jennifer colegrove , formand for Touch Display Research. Blandt andre udfordringer har levetiden for trykte materialer været for kort, siger hun. Men OLED-blæk er blevet væsentligt forbedret i de seneste år, siger Bulović: De nyeste materialesæt er faktisk ekstremt stabile.

En potentiel ulempe ved at skifte til blækstråleudskrivning fra vakuumaflejring er, at udskrivning kan være en relativt beskidt proces. Selvom det reducerer partikler ved at eliminere behovet for masketrinnet, hvis du ikke designer det på den rigtige måde, vil det faktisk generere en masse partikler, siger Madigan. Reduktion af risikoen for partikelforurening har således været et stort fokus siden Kateevas dannelse i 2008.

Kateeva siger, at det har reduceret partikelforurening med en faktor på op til 10 ved at udvikle mekaniske systemer til at reducere omgivende turbulens og feje støvpartikler væk. Ydermere fungerer dets system i, hvad Kateeva kalder det første produktionsværdige proceskammer med udelukkende nitrogen, et ideelt miljø til fremstilling af OLED'er, fordi det forhindrer eksponering for luft og fugt.

Bulović siger, at hans inkjetprinterfirma efterligner den omhyggelige renlighed, der ses i halvlederindustriens fremstillingsmiljø, som i sine tidlige dage kæmpede for at løse lignende partikelrelaterede komplikationer. En sådan stringens vil være afgørende for storstilet fremstilling af OLED-skærme, siger han.

skjule