Bläckstråleutskrift kan vara nyckeln till nästa generations OLED-skärmar

Färgrika, energieffektiva och flexibla skärmar baserade på organiska lysdioder (OLED) kan snart göras mer ekonomiskt på gigantiska bläckstråleskrivare.

Precisionsskrivare: En Kateeva-ingenjör står framför en bläckstråleskrivare som gör pixlar för OLED-skärmar.

OLED-skärmar förväntas så småningom ersätta LCD-skärmar, den vanligaste skärmen idag i TV-apparater och datorer. OLED-skärmar använder mindre ström, har mer levande färger och kan tillverkas på plast, vilket gör dem attraktiva för flexibel och till och med bärbar elektronik. De futuristiska displayerna dyker redan upp i några dyra smartphones, digitalkameror och tv-apparater. Men tillverkningsutmaningar har hindrat försök till massproduktion.

Nu är tillverkaren av utrustning Kateeva säger att det har nyckeln till att övervinna dessa utmaningar. Kateevas installation – tillgänglig från och med idag för bildskärmstillverkare – har en rörlig plattform som exakt positionerar glaspaneler eller plastskivor som är tillräckligt stora för sex 55-tumsskärmar under anpassade skrivhuvuden. Varje huvud innehåller hundratals munstycken inställda för att avsätta droppar i pikoliterskala på exakta platser för att bygga upp bildpunkterna på en bildskärm. Företaget säger att verktyget kan införlivas ganska enkelt i befintliga bildskärmsproduktionslinjer.

Kateevas medgrundare och president Conor Madigan säger att systemet, baserat på samma teknologi i bläckstråleskrivare för konsumenter, eliminerar behovet av ett steg i det konventionella tillverkningsschemat som ökar risken för defekter i bildskärmarna.

Den konventionella processen äger rum i en vakuumkammare. OLED-pixlar tillverkas genom att stapla tunna filmer av olika organiska material; dessa skikt avsätts genom att kondensera ångor av önskat material på en yta, vanligtvis glas. En fin metallstencil, som kallas en skuggmask, sitter ovanpå ytan och ser till att ångorna avsätter material på extremt exakta platser och i enhetliga mönster.

Men att förlita sig på skuggmasken är problematiskt. En stor mängd material går till spillo eftersom det slutar belägga masken och vakuumkammarens väggar. Och att placera och ta bort masken har en tendens att introducera defektorsakande partiklar.

Material som utgör OLED:er är mycket känsliga för kontaminering - när dessa material utsätts för syre och fukt under tillverkningsprocessen, minskar det livslängden för de resulterande enheterna. Bara några dammpartiklar räcker för att förstöra en skärm. Och ju större yta på skärmen som görs, desto svårare är det att kontrollera för kontaminering.

Som ett resultat har låga tillverkningsutbyten plågat tidigare ansträngningar att producera OLED-skärmar som är tillräckligt stora för tv-apparater. Vid den här storleken är vakuumtekniken opraktisk, hävdar Madigan. Vad som behövs, säger han, är ett sätt att både deponera och mönstra OLED-materiallager med precisionen av skuggmasken, men utan skuggmask. Detta är vad bläckstråleutskriftsmetoden lovar.

OLED-pixlarnas intrikata natur utgör en grundläggande utmaning, säger Vladimir Bulović , en MIT nanotechnologist och Kateeva medgrundare. Inom stapeln av 100 organiska molekylära lager som utgör en skärm tillhandahålls glöden av endast 10 — vilket utgör en region som bara är 10 nanometer tjock. Dessa lager måste placeras på exakt rätt plats i högen för att fungera. Bläckstråleutskrift, säger han, erbjuder den noggrannhet som krävs för att uppnå detta och för att placera varje pixel exakt i förhållande till de andra i arrayen.

Forskare har länge vetat att de skulle kunna använda bläckstråleutskrift för att göra OLED-pixlar. Faktum är att det har varit föremål för år av forskning och utveckling av tryckeriet Epson och andra. Men medan flera företag har provat det, har tekniken ännu inte fungerat för massproduktion, säger Jennifer colegrove , VD för Touch Display Research. Bland andra utmaningar har livslängden för tryckt material varit för kort, säger hon. Men OLED-bläck har förbättrats avsevärt de senaste åren, säger Bulović: De senaste materialuppsättningarna är faktiskt extremt stabila.

En potentiell nackdel med att byta till bläckstråleutskrift från vakuumavsättning är att utskrift kan vara en relativt smutsig process. Även om det minskar partiklar genom att eliminera behovet av masksteget, om du inte designar det på rätt sätt kommer det faktiskt att generera många partiklar, säger Madigan. Att minska risken för partikelkontamination har därför varit ett stort fokus sedan Kateevas bildande 2008.

Kateeva säger att det har minskat partikelföroreningen med en faktor på upp till 10 genom att utveckla mekaniska system för att minska omgivande turbulens och sopa bort dammpartiklar. Dessutom fungerar dess system i vad Kateeva kallar den första produktionsvärdiga processkammaren för helt kväve, en idealisk miljö för att tillverka OLED:er eftersom det förhindrar exponering för luft och fukt.

Bulović säger att hans bläckstråleutskriftsföretag efterliknar den noggranna renligheten i halvledarindustrins tillverkningsmiljö, som i sina tidiga dagar kämpade för att ta itu med liknande partikelrelaterade komplikationer. Sådan rigor kommer att vara avgörande för storskalig tillverkning av OLED-skärmar, säger han.

Dölj