Tintenstrahldruck könnte der Schlüssel zu OLED-Displays der nächsten Generation sein

Farbreiche, energieeffiziente und flexible Displays auf Basis organischer Leuchtdioden (OLEDs) könnten schon bald auf riesigen Tintenstrahldruckern kostengünstiger produziert werden.

Tintenstrahldrucker

Präzisionsdrucker: Ein Kateeva-Ingenieur steht vor einem Tintenstrahldrucker, der Pixel für OLED-Displays herstellt.

Es wird allgemein erwartet, dass OLED-Displays LCDs, die heute am häufigsten verwendeten Displays in Fernsehern und Computern, ersetzen werden. OLED-Displays verbrauchen weniger Strom, haben lebendigere Farben und können auf Kunststoff hergestellt werden, was sie für flexible und sogar tragbare Elektronik attraktiv macht. Die futuristischen Displays tauchen bereits in einigen teuren Smartphones, Digitalkameras und Fernsehern auf. Aber Fertigungsherausforderungen haben Versuche einer Massenproduktion behindert.



Jetzt der Hersteller von Produktionsanlagen Kateeva sagt, es sei der Schlüssel zur Bewältigung dieser Herausforderungen. Kateevas Setup – ab heute für Displayhersteller verfügbar – verfügt über eine bewegliche Plattform, die Glasscheiben oder Kunststoffplatten präzise positioniert, die groß genug für sechs 55-Zoll-Displays unter benutzerdefinierten Druckköpfen sind. Jeder Kopf enthält Hunderte von Düsen, die darauf abgestimmt sind, Tröpfchen im Pikoliter-Maßstab an genauen Stellen abzuscheiden, um die Pixel einer Anzeige aufzubauen. Das Tool lässt sich nach Angaben des Unternehmens relativ einfach in bestehende Display-Produktionslinien integrieren.

Kateevas Mitbegründer und Präsident Conor Madigan sagt, dass das System, das auf der gleichen Technologie wie bei Consumer-Tintenstrahldruckern basiert, einen Schritt im herkömmlichen Herstellungsschema überflüssig macht, der das Risiko von Defekten in den Displays erhöht.

Der konventionelle Prozess findet in einer Vakuumkammer statt. OLED-Pixel werden durch Stapeln dünner Filme verschiedener organischer Materialien hergestellt; diese Schichten werden durch Kondensieren von Dämpfen der gewünschten Materialien auf einer Oberfläche, normalerweise Glas, abgeschieden. Eine feine Metallschablone, eine sogenannte Schattenmaske, sitzt auf der Oberfläche und sorgt dafür, dass die Dämpfe das Material an äußerst präzisen Stellen und in gleichmäßigen Mustern abscheiden.

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Aber sich auf die Schattenmaske zu verlassen ist problematisch. Es wird viel Material verschwendet, weil es schließlich die Maske und die Wände der Vakuumkammer beschichtet. Und das Anbringen und Entfernen der Maske hat die Tendenz, fehlerverursachende Partikel einzuführen.

Materialien, aus denen OLEDs bestehen, reagieren sehr empfindlich auf Verunreinigungen – wenn diese Materialien während des Herstellungsprozesses Sauerstoff und Feuchtigkeit ausgesetzt werden, verkürzt dies die Lebensdauer der resultierenden Geräte. Schon wenige Staubpartikel reichen aus, um ein Display zu ruinieren. Und je größer die Fläche des Displays ist, desto schwieriger ist es, auf Kontamination zu kontrollieren.

Infolgedessen wurden frühere Bemühungen, OLED-Bildschirme herzustellen, die groß genug für Fernseher sind, durch niedrige Produktionsausbeuten behindert. Bei dieser Größe sei die Vakuumtechnik unpraktisch, argumentiert Madigan. Was benötigt wird, sagt er, ist eine Möglichkeit, OLED-Materialschichten mit der Präzision der Schattenmaske, jedoch ohne Schattenmaske, abzuscheiden und zu strukturieren. Das verspricht das Tintenstrahldruckverfahren.

Die komplexe Natur von OLED-Pixeln stellt eine grundlegende Herausforderung dar, sagt Vladimir Bulović , eine MIT-Nanotechnologin und Kateeva-Mitbegründerin. Innerhalb des Stapels von 100 organischen molekularen Schichten, aus denen ein Display besteht, wird das Leuchten von nur 10 bereitgestellt – was einen Bereich von nur 10 Nanometern Dicke darstellt. Diese Schichten müssen im Stapel genau an der richtigen Stelle positioniert werden, damit sie funktionieren. Der Tintenstrahldruck bietet die erforderliche Genauigkeit, um dies zu erreichen und jedes Pixel genau im Verhältnis zu den anderen im Array zu positionieren.

Forscher wissen seit langem, dass sie Tintenstrahldruck verwenden könnten, um OLED-Pixel herzustellen. Tatsächlich war es Gegenstand jahrelanger Forschung und Entwicklung der Druckerei Epson und anderer. Aber während mehrere Unternehmen es ausprobiert haben, hat die Technologie noch nicht für die Massenproduktion funktioniert, sagt Jennifer Colegrove , Präsident von Touch Display Research. Neben anderen Herausforderungen sei die Lebensdauer von gedruckten Materialien zu kurz gewesen, sagt sie. Aber OLED-Tinten haben sich in den letzten Jahren stark verbessert, sagt Bulović: Die neuesten Materialsets sind tatsächlich extrem stabil.

Ein potenzieller Nachteil des Wechsels von der Vakuumabscheidung zum Tintenstrahldruck besteht darin, dass das Drucken ein relativ schmutziger Prozess sein kann. Obwohl es Partikel reduziert, indem es den Maskenschritt überflüssig macht, werden viele Partikel erzeugt, wenn Sie es nicht richtig entwerfen, sagt Madigan. Die Reduzierung des Risikos einer Partikelkontamination ist daher seit Kateevas Gründung im Jahr 2008 ein wichtiger Schwerpunkt.

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Kateeva sagt, dass es die Partikelkontamination um einen Faktor von bis zu 10 reduziert hat, indem mechanische Systeme entwickelt wurden, um Umgebungsturbulenzen zu reduzieren und Staubpartikel wegzufegen. Darüber hinaus arbeitet das System in der von Kateeva ersten produktionstauglichen Vollstickstoff-Prozesskammer, einer idealen Umgebung für die Herstellung von OLEDs, da sie Luft und Feuchtigkeit nicht ausgesetzt wird.

Bulović sagt, sein Tintenstrahldrucker ahmt die akribische Sauberkeit der Fertigungsumgebung der Halbleiterindustrie nach, die in ihren Anfangszeiten Schwierigkeiten hatte, ähnliche Komplikationen im Zusammenhang mit Partikeln zu beheben. Eine solche Strenge wird für die großtechnische Herstellung von OLED-Displays von entscheidender Bedeutung sein, sagt er.

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