La impresión de inyección de tinta podría ser la clave para las pantallas OLED de próxima generación

Las pantallas ricas en color, energéticamente eficientes y flexibles basadas en diodos emisores de luz orgánicos (OLED) pronto podrían producirse de manera más económica en impresoras de chorro de tinta gigantes.

Impresora de precisión: Un ingeniero de Kateeva se para frente a una impresora de inyección de tinta que crea píxeles para pantallas OLED.

Se espera que las pantallas OLED eventualmente suplanten a las LCD, la pantalla más común en la actualidad en televisores y computadoras. Las pantallas OLED usan menos energía, tienen colores más vibrantes y pueden fabricarse en plástico, lo que las hace atractivas para dispositivos electrónicos flexibles e incluso portátiles. Las pantallas futuristas ya están apareciendo en algunos teléfonos inteligentes, cámaras digitales y televisores caros. Pero los desafíos de fabricación han obstaculizado los intentos de producción en masa.

Ahora el fabricante de equipos de fabricación Kateeva dice que tiene la clave para superar esos desafíos. La configuración de Kateeva, disponible a partir de hoy para los fabricantes de pantallas, presenta una plataforma móvil que coloca con precisión paneles de vidrio o láminas de plástico lo suficientemente grandes para seis pantallas de 55 pulgadas debajo de los cabezales de impresión personalizados. Cada cabezal contiene cientos de boquillas ajustadas para depositar gotitas de escala de picolitros en ubicaciones exactas para construir los píxeles de una pantalla. La compañía dice que la herramienta se puede incorporar con bastante facilidad a las líneas de producción de pantallas existentes.

El cofundador y presidente de Kateeva, Conor Madigan, dice que el sistema, basado en la misma tecnología en las impresoras de inyección de tinta de consumo, elimina la necesidad de dar un paso en el esquema de fabricación convencional que aumenta el riesgo de defectos en las pantallas.

El proceso convencional tiene lugar en una cámara de vacío. Los píxeles OLED se crean apilando películas delgadas de diversos materiales orgánicos; esas capas se depositan condensando los vapores de los materiales deseados sobre una superficie, generalmente vidrio. Una plantilla de metal fino, llamada máscara de sombra, se asienta sobre la superficie y asegura que los vapores depositen el material en ubicaciones extremadamente precisas y en patrones uniformes.

Pero confiar en la máscara de sombra es problemático. Se desperdicia una gran cantidad de material porque termina recubriendo la máscara y las paredes de la cámara de vacío. Y colocar y quitar la mascarilla tiende a introducir partículas que causan defectos.

Los materiales que componen los OLED son muy sensibles a la contaminación; cuando esos materiales se exponen al oxígeno y la humedad durante el proceso de fabricación, se reduce la vida útil de los dispositivos resultantes. Solo unas pocas partículas de polvo son suficientes para arruinar una pantalla. Y cuanto más grande sea el área de la pantalla, más difícil será controlar la contaminación.

Como resultado, los bajos rendimientos de fabricación han plagado los esfuerzos anteriores para producir pantallas OLED lo suficientemente grandes para televisores. Con este tamaño, la técnica de vacío no es práctica, argumenta Madigan. Lo que se necesita, dice, es una forma de depositar y modelar capas de material OLED con la precisión de la máscara de sombra, pero sin una máscara de sombra. Esto es lo que promete el método de impresión por chorro de tinta.

La intrincada naturaleza de los píxeles OLED presenta un desafío fundamental, dice Vladimir Bulović , nanotecnóloga del MIT y cofundadora de Kateeva. Dentro de la pila de 100 capas moleculares orgánicas que componen una pantalla, el brillo lo proporcionan solo 10, lo que constituye una región de solo 10 nanómetros de espesor. Estas capas deben colocarse exactamente en la ubicación correcta dentro de la pila para que funcionen. La impresión por chorro de tinta, dice, ofrece la precisión necesaria para lograr esto y para colocar cada píxel con precisión en relación con los demás en la matriz.

Los investigadores saben desde hace mucho tiempo que podrían utilizar la impresión por chorro de tinta para crear píxeles OLED. De hecho, ha sido objeto de años de investigación y desarrollo por parte de la imprenta Epson y otros. Pero si bien varias empresas lo han probado, la tecnología aún no ha funcionado para la producción en masa, dice Jennifer Colegrove , presidente de Touch Display Research. Entre otros desafíos, la vida útil de los materiales impresos ha sido demasiado corta, dice. Pero las tintas OLED han mejorado enormemente en los últimos años, dice Bulović: Los últimos conjuntos de materiales son en realidad extremadamente estables.

Un posible inconveniente de cambiar a la impresión por chorro de tinta desde la deposición al vacío es que la impresión puede ser un proceso relativamente sucio. Aunque reduce las partículas al eliminar la necesidad del paso de máscara, si no lo diseñas de la manera correcta, en realidad generará muchas partículas, dice Madigan. Por lo tanto, la reducción del riesgo de contaminación por partículas ha sido un enfoque importante desde la formación de Kateeva en 2008.

Kateeva dice que ha reducido la contaminación por partículas en un factor de hasta 10 al diseñar sistemas mecánicos para reducir la turbulencia ambiental y barrer las partículas de polvo. Además, su sistema funciona en lo que Kateeva llama la primera cámara de proceso de nitrógeno digno de producción, un entorno ideal para fabricar OLED porque evita la exposición al aire y la humedad.

Bulović dice que su empresa de impresión por chorro de tinta está imitando la limpieza meticulosa que se observa en el entorno de fabricación de la industria de los semiconductores, que en sus inicios luchó para abordar complicaciones similares relacionadas con las partículas. Tal rigor será crucial para la fabricación a gran escala de pantallas OLED, dice.

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