Göra OLED-skärmar billigare

Organiska lysdioder (OLED)-skärmar är mer energieffektiva och ger en bättre bild än flytande kristallskärmar (LCD), men de har inte fått mycket av ett fotfäste på marknaden eftersom de är mycket dyrare. En nyligen introducerad OLED-TV som säljs av LG i Sydkorea kostar till exempel över $2 500.

Visa liv: Dessa prototyptryckta OLED-pixelmatriser genomgår livstidstestning vid startup Kateevas huvudkontor i Menlo Park, Kalifornien.

En startup i Menlo Park, Kalifornien, hoppas kunna sänka kostnaderna för dessa högpresterande bildskärmar genom att tillverka utrustning för att skriva ut dem i stor skala. Kateeva testar en prototyp av storarea OLED-skrivare som den kommer att skicka till bildskärmstillverkare för test nästa år. Enligt företaget kan dess utrustning användas för att skriva ut OLED-skärmar för 60 procent av kostnaden för LCD-skärmar.

OLED-skärmar finns nu i ett fåtal produkter som drar fördel av bildkvaliteten, till exempel en avancerad 11-tums platt-TV från Sony. En del bärbar elektronik, inklusive Googles Nexus One-telefon, använder också OLED:er eftersom skärmen med relativt låg effekt förlänger batteritiden.

Alla OLED-skärmar på marknaden tillverkas med hjälp av en dyr, småskalig teknik som kallas skuggmaskavdunstning för att lägga ner de ljusemitterande organiska molekylerna som utgör pixlarna. Företag har undersökt alternativ som är kompatibla med tillverkning av stora ytor, som bläckstråleutskrift, men alla processer innebär kompromisser om skärmens prestanda och livslängd. Kateevas teknik kombinerar funktioner med skuggmaskutskrift och bläckstråleutskrift för att skapa högkvalitativa OLED-pixlar över ett stort område. Företaget planerar att sälja utskriftsutrustning och OLED-bläck gjorda av ljusavgivande små molekyler.

Ur ett tekniskt perspektiv har OLED:er ett steg upp på skärmar med flytande kristaller, säger Vladimir Bulovic , professor i elektroteknik och datavetenskap vid MIT och en vetenskaplig rådgivare till Kateeva. LCD-skärmar använder en rad flytande kristaller för att filtrera ljus från en vit bakgrundsbelysning. De har ett relativt lågt kontrastförhållande – att göra en pixel riktigt svart är omöjligt eftersom en del ljus alltid läcker igenom.

OLED-skärmar består av lager av organiska molekyler inklämda mellan två elektroder. De organiska molekylerna i varje pixel avger ljus när de är elektriskt stimulerade. Eftersom pixlarna i en OLED producerar sitt eget ljus och det ljuset kan stängas av, producerar de en bättre bild, och de använder mindre energi. I labbet använder OLED:er 30 procent av den kraft som toppmoderna LCD-skärmar gör.

Där OLED-skärmar kommer till korta är i tillverkningen. LCD-skärmar har funnits sedan 1970-talet, och tillverkningsprocesser har finslipats för att göra dem billiga i stor skala. LCD-skärmar tillverkas över mycket stora ytor, så stora som cirka nio kvadratmeter, och delas sedan upp i individuella skärmar, för skalfördelar som håller kostnaderna nere. Med industristandarden skuggmaskutskrift för att göra OLED-skärmar, säger Conor Madigan , VD och medgrundare av Kateeva, det är smärtsamt att gå större än 0,6 gånger 0,7 meter.

För att göra en skärm med dagens teknik täcks först en uppsättning transistorer som kallas ett bakplan med en stencil som kallas en skuggmask, som har små hål där pixlarna kommer att finnas. Bakplanet placeras sedan inuti en högvakuumkammare med en degel fylld med de ljusemitterande organiska molekylerna i pulverform. Denna process upprepas för var och en av de röda, blå och gröna molekylerna som utgör bildskärmens pixlar. När temperaturen höjs sublimeras de organiska molekylerna till en gas och täcker varje yta inuti kammaren. Svårigheten att justera schablonen begränsar området för OLED-pixlar som kan göras på en gång. Igensättningsproblem begränsar hur små pixlarna kan vara; detta begränsar i sin tur upplösningen på de resulterande skärmarna.

Att göra molekylerna till ett bläck och skriva ut dem med en bläckstråle har också begränsningar, säger Madigan, eftersom en redan tryckt blå fläck kommer att lösas upp av lösningsmedlen i en senare tryckt röd fläck, till exempel, vilket leder till en deformerad pixel.

Kateevas utrustning använder ett tryckmunstycke som först utvecklades av Bulovics grupp vid MIT för att deponera OLED-pixlar på ett bakplan. Kateeva-munstycket har två delar staplade ovanpå varandra. Den första är ett bläckstråleliknande skrivhuvud som dispenserar OLED-bläck i porerna på en underliggande termisk stråle. Den termiska strålen är ett kiselchip fullt av hål som suger upp bläcket som en svamp. Ett metallvärmeelement som omger porerna genererar tillräckligt med värme för att avdunsta lösningsmedlen i bläcket, vilket bara lämnar kvar de organiska molekylerna. En andra värmestrålning förvandlar kemikalierna till en gas för att avsätta dem på ytan.

Företaget testar en prototyptryckmaskin som kan göra skärmar över en yta på 0,6 gånger 0,7 meter. Företagets första produktionsmaskiner kommer att skriva ut över ytor som är 1,8 gånger 1,5 meter – mindre än industristandarden för LCD-skärmar, men större än vad som för närvarande används för OLED-skärmar. Med den här storleken, säger Madigan, börjar man få goda stordriftsfördelar. Madigan säger att Kateeva för samtal med ledande bildskärmstillverkare, som kommer att testa företagets utrustning och bläck under 2011.

Dölj