El Sistema De Impresión Por Inyección De Tinta Podría Permitir La Producción Masiva De Pantallas Oled De Pantalla Grande

El sistema de impresión por inyección de tinta podría permitir la producción masiva de pantallas OLED

El sistema YIELDjet de Kateeva (en la foto aquí) es una versión masiva de una impresora de inyección de tinta. Se colocan láminas de sustrato de vidrio o plástico grandes en una plataforma larga y ancha. Un cabezal con boquillas personalizadas se mueve hacia adelante y hacia atrás, a través del sustrato, recubriéndolo con OLED y otros materiales.

Basado en años de investigación del Instituto, MIT spinout Kateeva ha desarrollado un sistema de “impresión por inyección de tinta” que podría reducir los costos de fabricación lo suficiente como para allanar el camino para la producción en masa de pantallas OLED flexibles y de pantalla grande.

Los teléfonos inteligentes flexibles y las pantallas de televisión saturadas de color fueron algunos de los aspectos más destacados en el Consumer Electronics Showcase de este año, que se celebró en enero en Las Vegas.

Muchas de esas pantallas se hicieron utilizando diodos emisores de luz orgánicos, o OLED, películas semiconductoras de aproximadamente 100 nanómetros de espesor, hechas de compuestos orgánicos y colocadas entre dos electrodos, que emiten luz en respuesta a la electricidad. Esto permite que cada píxel individual de una pantalla OLED emita rojo, verde y azul, sin luz de fondo, para producir un color más saturado y usar menos energía. La película también se puede recubrir sobre sustratos plásticos flexibles.

Pero hay una razón por la que estos favoritos de la sala de exposición no están disponibles en los estantes: no son muy rentables para hacer en masa. Ahora, Kateeva, empresa derivada del MIT, ha desarrollado un sistema de “impresión por inyección de tinta” para pantallas OLED, basado en años de investigación del Instituto, que podría reducir los costos de fabricación lo suficiente como para allanar el camino para la producción en masa de modelos flexibles y de pantalla grande.

Al hacerlo, Kateeva tiene como objetivo “arreglar el último ‘talón de Aquiles’ de la industria de pantallas OLED, que es la fabricación”, dice el cofundador y asesor científico de Kateeva, Vladimir Bulovic, profesor de tecnología emergente de Fariborz Maseeh, quien co- inventó la tecnología.

Llamada YIELDjet, la plataforma tecnológica de Kateeva es una versión masiva de una impresora de inyección de tinta. Se colocan láminas de sustrato de vidrio o plástico grandes en una plataforma larga y ancha. Un componente con boquillas personalizadas se mueve rápidamente, de un lado a otro, a través del sustrato, recubriéndolo con OLED y otros materiales, de la misma manera que una impresora deja caer tinta sobre el papel.

Una línea de producción OLED consta de muchos procesos, pero Kateeva ha desarrollado herramientas para dos áreas específicas, cada una de las cuales utiliza la plataforma YIELDjet. La primera herramienta, llamada YIELDjet FLEX, se diseñó para permitir la encapsulación de película delgada (TFE). TFE es el proceso que da delgadez y flexibilidad a los dispositivos OLED; Kateeva espera que las pantallas flexibles producidas por YIELDjet FLEX lleguen a las estanterías a finales de año.

La segunda herramienta, que debutará a finales de este año, tiene como objetivo reducir los costos y los defectos asociados con el modelado de materiales OLED en sustratos, para facilitar la producción de pantallas de 55 pulgadas.

Al aumentar los rendimientos, así como acelerar la producción, reducir los materiales y reducir el tiempo de mantenimiento, el sistema tiene como objetivo reducir los costos de fabricación en aproximadamente un 50 por ciento, dice el cofundador y CEO de Kateeva, Conor Madigan SM ’02 PhD ’06. “Esa combinación de mejorar la velocidad, mejorar el rendimiento y mejorar el mantenimiento es lo que quieren los fabricantes de producción en masa. Además, el sistema es escalable, lo cual es realmente importante a medida que la industria de las pantallas cambia a tamaños de sustrato más grandes ”, dice.

Los otros cofundadores y co-inventores de tecnología de Kateeva son MIT Provost Martin Schmidt, ahora asesor científico; Jianglong Chen SM ’03, PhD ’07, ahora director del programa; y Valerie Leblanc PhD ’07, ahora científica del personal.

Ponerse flexible

TFE se inventó para recubrir pantallas OLED flexibles con una barrera tan sólida como el vidrio, pero flexible. Pero es propenso a la contaminación y otros problemas.

Los métodos tradicionales de procesamiento de TFE encierran el sustrato en una cámara de vacío, donde se rocía el vapor de la película encapsulante sobre el sustrato a través de una plantilla de metal. Este proceso es lento y costoso, principalmente debido al material desperdiciado, y requiere detener la máquina con frecuencia para limpiarla. También hay problemas con los defectos, ya que el revestimiento que golpea las paredes de la cámara y la plantilla puede desprenderse y caer sobre el sustrato entre capas y capas.

Pero la humedad, e incluso algunas partículas de aire, pueden colarse en la cámara, lo que es mortal para los OLED: cuando la electricidad llega a los OLED contaminados con agua y partículas de aire, las reacciones químicas resultantes reducen la calidad y la vida útil de los OLED. Las pantallas contaminadas durante la fabricación se descartan y, para compensar la pérdida de rendimiento, las empresas aumentan los precios minoristas. Solo dos empresas venden ahora pantallas de televisión OLED, y los modelos de 55 pulgadas se venden por $3,000 a $4,000, alrededor de $1,000 a $3,000 más que sus contrapartes LCD y LED de 55 pulgadas.

YIELDjet FLEX tiene como objetivo resolver muchos problemas de TFE. Una innovación clave es encerrar la impresora en una cámara de nitrógeno, lo que reduce la exposición al oxígeno y la humedad, así como la contaminación con partículas, notoria por disminuir los rendimientos OLED, en 10 veces más que los métodos actuales que utilizan cámaras de vacío. “El nitrógeno con pocas partículas es el mejor entorno inerte y de bajo costo que puede utilizar para la fabricación de OLED”, dice Madigan.

En su proceso de TFE, YIELDjet recubre con precisión películas orgánicas sobre el área de visualización como parte de la estructura de TFE. La capa orgánica aplana y alisa la superficie para proporcionar las condiciones ideales para depositar las capas posteriores en la estructura de TFE. Depositar sobre una superficie lisa y limpia mejora drásticamente la calidad de la estructura de TFE, lo que permite altos rendimientos y confiabilidad, incluso después de repetidas flexiones y flexiones, dice Madigan.

Quitarse la máscara

El otro sistema de Kateeva ofrece una mejora con respecto a la técnica tradicional de evaporación térmica al vacío (VTE), generalmente en algún lugar en el medio de la línea de producción, que usa máscaras de sombra (cuadrados delgados de metal con patrones estampados) para colocar materiales OLED rojos, verdes y azules sobre un sustrato.

Al igual que el procesamiento de TFE convencional, VTE implica colocar un sustrato dentro de una cámara de vacío y rociar a través de la máscara de sombra un vapor de material OLED en patrones precisos de rojo, verde y azul. Pero los materiales se desperdician cuando el vapor se rocía sobre la máscara y la cámara. El revestimiento de la cámara y la máscara también puede provocar la contaminación de partículas a medida que el material se desprende, por lo que se requiere un mantenimiento de limpieza excesivo, dice Madigan.

Esto no es necesariamente malo para hacer pantallas pequeñas para teléfonos inteligentes: “Si una hoja de sustrato con, digamos, 100 pantallas pequeñas en su superficie tiene cinco defectos, puede tirar cinco y el resto es perfecto”, explica Madigan. Y las máscaras de sombras más pequeñas son más fiables.

Pero los fabricantes comienzan a perder dinero cuando lanzan una o dos pantallas grandes debido a la contaminación de partículas o defectos en el sustrato.

El sistema de Kateeva, que, al igual que su sistema TFE, está encerrado en una cámara de nitrógeno, coloca con precisión los sustratos, lo suficientemente grandes para seis pantallas de 55 pulgadas, debajo de los cabezales de impresión, que contienen cientos de boquillas. Estas boquillas están ajustadas para depositar pequeñas gotas de material OLED en ubicaciones exactas para crear los píxeles de la pantalla. “Hacer esto en tres capas elimina la necesidad de máscaras de sombras a escalas más grandes”, dice Madigan.

Al igual que con su sistema YIELDjet FLEX, Madigan dice que este producto YIELDjet para pantallas de TV OLED puede ayudar a los fabricantes a ahorrar más del 50 por ciento con respecto a los métodos tradicionales. En enero, Kateeva se asoció con Sumitomo, un proveedor líder de materiales OLED, para optimizar aún más el sistema para la producción en volumen.

Revolucionando en el MIT

La idea de Kateeva comenzó a principios de la década de 2000 en el MIT. Durante varios años, Madigan, Bulovic, Schmidt, Chen y Leblanc se habían asociado con Hewlett-Packard (HP) en un proyecto para fabricar productos electrónicos imprimibles.

Habían desarrollado una variedad de métodos para fabricar OLED, que Madigan había estado estudiando desde sus años de licenciatura en Universidad de Princeton . Otros laboratorios en ese momento intentaban hacer que los OLED fueran más eficientes energéticamente, coloridos o duraderos. “Pero queríamos hacer algo completamente diferente que revolucionaría la industria, porque eso es lo que deberíamos estar haciendo en un lugar como el MIT”, dice Madigan.

Pronto, sin embargo, HP se retiró del proyecto. “Eso dejó toda esta propiedad intelectual novedosa en un estante que tal vez nunca se vuelva a utilizar”, dice Bulovic. Sin embargo, en lugar de dejar que esas patentes se desperdicien, los investigadores lanzaron Kateeva en 2008 para abordar comercialmente la fabricación de OLED.

Unos años antes, Bulovic había trabajado en la escena de las startups con QD Vision, que actualmente está desarrollando tecnología de puntos cuánticos para pantallas de televisión LED, y pudo conectar al grupo con capitalistas de riesgo locales.

Madigan, por otro lado, estaba perfeccionando sus habilidades empresariales en la MIT Sloan School of Management. Entre otras cosas, la clase Entrepreneurship Lab le presentó los aspectos prácticos de las nuevas empresas, incluida la adquisición de clientes y la conversación con inversores. Y los equipos de innovación lo ayudaron a estudiar mercados y diseñar productos para las necesidades del cliente. “No había un manual, pero me beneficié mucho de esas dos clases”, dice.

En 2009, justo cuando los OLED comenzaban a ganar popularidad, Kateeva lanzó T-Jet, un precursor de YIELDjet. En ese sistema, las boquillas dejarían caer materiales OLED sobre una placa, grabada con un patrón determinado. La placa se calentó a 100 grados. Celsius para secar la tinta, se acercó al sustrato sin tocarlo y se calentó a 300 ° C para transferir el vapor seco con patrón sobre el sustrato. “Era un concepto genial, pero la inyección de tinta aún era más barata”, dice Madigan.

Entonces, en 2012, Kateeva dio un giro, cambiando de marcha a su sistema YIELDjet. Hoy, el sistema es una plataforma, dice Bulovic, que, en el futuro, se puede modificar para imprimir paneles de iluminación de escenario sólido, células solares, circuitos de nanoestructura y concentradores luminiscentes, entre otras cosas. “Todos ellos serían habilitados por la impresora de semiconductores que Kateeva ha podido desarrollar”, dice. “Las pantallas OLED son solo la primera aplicación”.

Imagen: Cortesía de Kateeva

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