Inkjetprinten zou de sleutel kunnen zijn tot OLED-schermen van de volgende generatie

Kleurrijke, energiezuinige en flexibele displays op basis van organische lichtemitterende diodes (OLED's) zouden binnenkort goedkoper kunnen worden geproduceerd op gigantische inkjetprinters.

Precisieprinter: Een ingenieur van Kateeva staat voor een inkjetprinter die pixels maakt voor OLED-schermen.

Over het algemeen wordt verwacht dat OLED-schermen uiteindelijk LCD's zullen vervangen, het meest voorkomende scherm tegenwoordig in tv's en computers. OLED-schermen verbruiken minder stroom, hebben levendigere kleuren en kunnen van plastic worden gemaakt, waardoor ze aantrekkelijk zijn voor flexibele en zelfs draagbare elektronica. De futuristische displays verschijnen al in een aantal dure smartphones, digitale camera's en televisies. Maar productie-uitdagingen hebben pogingen tot massaproductie belemmerd.

Nu de fabrikant van productieapparatuur Kateeva zegt dat het de sleutel heeft om die uitdagingen het hoofd te bieden. Kateeva's opstelling - vanaf vandaag beschikbaar voor displaymakers - heeft een verplaatsbaar platform dat precies glazen panelen of plastic platen plaatst die groot genoeg zijn voor zes 55-inch displays onder aangepaste printkoppen. Elke kop bevat honderden mondstukken die zijn afgestemd om druppels op picoliterschaal op exacte locaties af te zetten om de pixels van een scherm op te bouwen. Het bedrijf zegt dat de tool vrij eenvoudig kan worden geïntegreerd in bestaande productielijnen voor displays.

Kateeva medeoprichter en president Conor Madigan zegt dat het systeem, gebaseerd op dezelfde technologie in inkjetprinters voor consumenten, de noodzaak elimineert voor een stap in het conventionele productieschema dat het risico op defecten in de displays verhoogt.

Het conventionele proces vindt plaats in een vacuümkamer. OLED-pixels worden gemaakt door dunne films van verschillende organische materialen op elkaar te stapelen; die lagen worden afgezet door dampen van gewenste materialen te condenseren op een oppervlak, meestal glas. Een fijn metalen sjabloon, een schaduwmasker genaamd, zit bovenop het oppervlak en zorgt ervoor dat de dampen materiaal op uiterst precieze locaties en in uniforme patronen neerslaan.

Maar vertrouwen op het schaduwmasker is problematisch. Een grote hoeveelheid materiaal wordt verspild omdat het uiteindelijk het masker en de wanden van de vacuümkamer bedekt. En het plaatsen en verwijderen van het masker heeft de neiging om defect veroorzakende deeltjes te introduceren.

De materialen waaruit OLED's bestaan, zijn erg gevoelig voor vervuiling. Wanneer die materialen tijdens het fabricageproces worden blootgesteld aan zuurstof en vocht, wordt de levensduur van de resulterende apparaten verkort. Slechts een paar stofdeeltjes zijn genoeg om een ​​display te verpesten. En hoe groter het gebied van het scherm dat wordt gemaakt, hoe moeilijker het is om te controleren op vervuiling.

Als gevolg hiervan hebben lage productieopbrengsten eerdere pogingen geplaagd om OLED-schermen te produceren die groot genoeg zijn voor televisies. Bij dit formaat is de vacuümtechniek onpraktisch, stelt Madigan. Wat nodig is, zegt hij, is een manier om OLED-materiaallagen zowel af te zetten als te modelleren met de precisie van het schaduwmasker, maar zonder een schaduwmasker. Dit is wat de inkjetprintmethode belooft.

De ingewikkelde aard van OLED-pixels vormt een fundamentele uitdaging, zegt Vladimir Bulovic , een MIT-nanotechnoloog en medeoprichter van Kateeva. Binnen de stapel van 100 organische moleculaire lagen die een display vormen, wordt de gloed geleverd door slechts 10 - een gebied van slechts 10 nanometer dik. Deze lagen moeten precies op de juiste plaats in de stapel worden geplaatst om te kunnen werken. Inkjetprinten, zegt hij, biedt de nauwkeurigheid die nodig is om dit te bereiken en om elke pixel precies te positioneren ten opzichte van de andere in de array.

Onderzoekers weten al lang dat ze inkjetprinten kunnen gebruiken om OLED-pixels te maken. Het is zelfs het onderwerp geweest van jarenlang onderzoek en ontwikkeling door de drukkerij Epson en anderen. Maar hoewel verschillende bedrijven het hebben geprobeerd, heeft de technologie nog niet gewerkt voor massaproductie, zegt Jennifer Colegrove , voorzitter van Touch Display Research. Naast andere uitdagingen was de levensduur van gedrukt materiaal te kort, zegt ze. Maar OLED-inkten zijn de afgelopen jaren enorm verbeterd, zegt Bulović: De nieuwste materiaalsets zijn eigenlijk extreem stabiel.

Een mogelijk nadeel van het overschakelen op inkjetprinten vanuit vacuümdepositie is dat printen een relatief vuil proces kan zijn. Hoewel het deeltjes vermindert door de noodzaak voor de maskerstap te elimineren, als je het niet op de juiste manier ontwerpt, zal het in feite veel deeltjes genereren, zegt Madigan. Het verminderen van het risico op deeltjesverontreiniging is dan ook een belangrijk aandachtspunt sinds de oprichting van Kateeva in 2008.

Kateeva zegt dat het de deeltjesverontreiniging met een factor 10 heeft verminderd door mechanische systemen te bedenken om de turbulentie in de omgeving te verminderen en stofdeeltjes weg te vegen. Verder werkt het systeem in wat Kateeva de eerste productiewaardige volledig stikstofproceskamer noemt, een ideale omgeving voor het maken van OLED's omdat het blootstelling aan lucht en vocht voorkomt.

Bulović zegt dat zijn inkjetdrukkerij de minutieuze reinheid nabootst die wordt gezien in de productieomgeving van de halfgeleiderindustrie, die in zijn beginjaren worstelde om vergelijkbare deeltjesgerelateerde complicaties aan te pakken. Een dergelijke nauwkeurigheid zal cruciaal zijn voor de grootschalige productie van OLED-schermen, zegt hij.

zich verstoppen