La stampa a getto d'inchiostro potrebbe essere la chiave per i display OLED di nuova generazione

I display ricchi di colori, efficienti dal punto di vista energetico e flessibili basati su diodi organici a emissione di luce (OLED) potrebbero presto essere prodotti in modo più economico su stampanti a getto d'inchiostro giganti.

Stampante di precisione: Un ingegnere di Kateeva si trova di fronte a una stampante a getto d'inchiostro che produce pixel per display OLED.

Si prevede che i display OLED alla fine soppianteranno gli LCD, il display più comune oggi in TV e computer. I display OLED consumano meno energia, hanno colori più vivaci e possono essere realizzati su plastica, il che li rende attraenti per l'elettronica flessibile e persino indossabile. I display futuristici stanno già comparendo in alcuni costosi smartphone, fotocamere digitali e televisori. Ma le sfide della produzione hanno ostacolato i tentativi di produzione di massa.

Ora il produttore di attrezzature di produzione Kateeva dice che ha la chiave per superare queste sfide. La configurazione di Kateeva, disponibile da oggi per i produttori di display, presenta una piattaforma mobile che posiziona con precisione pannelli di vetro o fogli di plastica abbastanza grandi per sei display da 55 pollici sotto le testine di stampa personalizzate. Ogni testina contiene centinaia di ugelli sintonizzati per depositare goccioline della scala di picolitri in posizioni esatte per costruire i pixel di un display. L'azienda afferma che lo strumento può essere incorporato abbastanza facilmente nelle linee di produzione di display esistenti.

Il cofondatore e presidente di Kateeva, Conor Madigan, afferma che il sistema, basato sulla stessa tecnologia delle stampanti a getto d'inchiostro consumer, elimina la necessità di un passaggio nello schema di produzione convenzionale che aumenta il rischio di difetti nei display.

Il processo convenzionale avviene in una camera a vuoto. I pixel OLED sono realizzati impilando film sottili di vari materiali organici; questi strati si depositano condensando i vapori dei materiali desiderati su una superficie, solitamente vetro. Uno stencil di metallo sottile, chiamato maschera d'ombra, si trova in cima alla superficie e assicura che i vapori depositino il materiale in posizioni estremamente precise e in modelli uniformi.

Ma fare affidamento sulla maschera d'ombra è problematico. Una grande quantità di materiale viene sprecata perché finisce per rivestire la maschera e le pareti della camera a vuoto. Inoltre, posizionare e rimuovere la maschera ha la tendenza a introdurre particelle che causano difetti.

I materiali che compongono gli OLED sono molto sensibili alla contaminazione: quando tali materiali sono esposti all'ossigeno e all'umidità durante il processo di produzione, la durata dei dispositivi risultanti diminuisce. Bastano poche particelle di polvere per rovinare un display. E più grande è l'area del display, più difficile è controllare la contaminazione.

Di conseguenza, i bassi rendimenti di produzione hanno afflitto i precedenti sforzi per produrre schermi OLED abbastanza grandi per i televisori. A queste dimensioni, la tecnica del vuoto non è pratica, sostiene Madigan. Quello che serve, dice, è un modo per depositare e modellare gli strati di materiale OLED con la precisione della maschera d'ombra, ma senza una maschera d'ombra. Questo è ciò che promette il metodo di stampa a getto d'inchiostro.

La natura intricata dei pixel OLED rappresenta una sfida fondamentale, afferma Vladimir Bulovic , un nanotecnologo del MIT e cofondatore di Kateeva. All'interno della pila di 100 strati molecolari organici che compongono un display, il bagliore è fornito da soli 10, costituendo una regione spessa appena 10 nanometri. Questi livelli devono essere posizionati esattamente nella posizione giusta all'interno della pila per funzionare. La stampa a getto d'inchiostro, afferma, offre la precisione necessaria per raggiungere questo obiettivo e per posizionare ogni pixel con precisione rispetto agli altri nell'array.

I ricercatori sanno da tempo che potrebbero utilizzare la stampa a getto d'inchiostro per creare pixel OLED. In effetti, è stato oggetto di anni di ricerca e sviluppo da parte della società di stampa Epson e altri. Ma mentre diverse aziende l'hanno provato, la tecnologia non ha ancora funzionato per la produzione di massa, afferma Jennifer Colegrove , presidente di Touch Display Research. Tra le altre sfide, la vita dei materiali stampati è stata troppo breve, afferma. Ma gli inchiostri OLED sono notevolmente migliorati negli ultimi anni, afferma Bulovic: Gli ultimi set di materiali sono in realtà estremamente stabili.

Un potenziale svantaggio del passaggio alla stampa a getto d'inchiostro dalla deposizione sotto vuoto è che la stampa può essere un processo relativamente sporco. Sebbene riduca le particelle eliminando la necessità del passaggio della maschera, se non lo progetti nel modo giusto, genererà effettivamente molte particelle, afferma Madigan. Ridurre il rischio di contaminazione da particelle è stato quindi un obiettivo importante sin dalla formazione di Kateeva nel 2008.

Kateeva afferma di aver ridotto la contaminazione delle particelle di un fattore fino a 10 escogitando sistemi meccanici per ridurre la turbolenza ambientale e spazzare via le particelle di polvere. Inoltre, il suo sistema opera in quella che Kateeva chiama la prima camera di processo interamente ad azoto degna di produzione, un ambiente ideale per la produzione di OLED perché previene l'esposizione all'aria e all'umidità.

Bulovic afferma che la sua azienda di stampa a getto d'inchiostro sta imitando la meticolosa pulizia osservata nell'ambiente di produzione dell'industria dei semiconduttori, che nei suoi primi giorni ha lottato per affrontare simili complicazioni legate alle particelle. Tale rigore sarà cruciale per la produzione su larga scala di display OLED, afferma.

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