喷墨打印系统可以实现大屏幕柔性OLED显示屏的批量生产。
灵活的智能手机和颜色饱和的电视显示器是今年的一些亮点消费电子产品展示，在1月在拉斯维加斯举行。
其中许多显示器是用有机发光二极管(oled)制作的，这是一种由有机化合物制成的约100纳米厚的半导体薄膜，夹在两个电极之间，通过电发出光。这使得OLED屏幕上的每个像素都可以发出红色、绿色和蓝色，而不需要背光，从而产生更饱和的颜色，并使用更少的能源。该薄膜也可以涂在柔性的塑料基材上。
但展厅里的这些宠儿之所以没有上架是有原因的:批量生产成本不高。现在,麻省理工学院基于研究所多年的研究，Kateeva开发了一种用于OLED显示屏的“喷墨打印”系统，该系统可以降低制造成本，为大规模生产柔性和大屏幕显示器铺平道路。
在这样做时，Kateva旨在“修复OLED显示行业的最后一个”阿基尔“脚跟'，这是制造业的，”佛拉迪马·武罗·武罗·武罗队（Fariborz Maseeh教授）
新兴技术，谁共同发明了该技术
卡蒂娃的技术平台名为YIELDjet，是喷墨打印机的大型版本。大的玻璃或塑料基板被放置在一个长而宽的平台上。一个带有定制喷嘴的组件在基材上快速来回移动，涂上OLED和其他材料——就像打印机把墨水滴到纸上一样。
OLED生产线由许多流程组成，但Kateeva为两个特定领域开发了工具——每个都使用YIELDjet平台。第一个工具名为YIELDjet FLEX，其设计目的是实现薄膜封装(TFE)。TFE是赋予OLED设备厚度和灵活性的工艺;Kateeva希望YIELDjet FLEX生产的柔性显示器能在今年年底上市。
第二种工具将于今年晚些时候推出，旨在降低成本，并减少在基材上使用OLED材料所带来的缺陷，从而使55英寸屏幕的生产更加容易。
Kateva联合创始人兼首席执行官Conor Madigan SM '02 Phd '06表示，通过提高产量，加快生产，减少材料和减少维护时间，旨在将制造成本降低了大约50％。“这种改善速度，提高产量和改善维护的组合是批量生产制造商所需的。此外，系统是可扩展的，这与显示行业转移到更大的基板尺寸时非常重要，“他说。
另一家Kateva联合创始人和技术合作者是麻省理工学院Provost Martin Schmidt，现在是一个科学顾问;江龙陈SM '03，博士，现在计划总监;和瓦莱丽·勒布朗姆博士，现在的员工科学家。
变得灵活
发明TFE是为了给柔性OLED屏幕涂上一层像玻璃一样坚固但可弯曲的屏障。但它容易受到污染和其他问题的影响。
传统的TFE处理方法将基板封装在真空室中，其中将封装膜的蒸气通过金属模板喷射到基板上。这个过程缓慢而昂贵 - 主要是因为浪费的材料 - 并且需要经常停止机器进行清洁。还存在缺陷的问题，因为撞击腔室壁和模板的涂层可以潜在地剥落并落在添加层之间的基板上。
但水分，甚至一些空气颗粒，可以潜入腔室，这对oled是致命的:当电流击中被水和空气颗粒污染的oled时，产生的化学反应降低了oled的质量和寿命。任何在生产过程中受到污染的展品都会被丢弃，为了弥补损失的产量，企业会提高零售价格。目前只有两家公司销售有机发光二极管(OLED)电视显示器，55英寸型号的售价在3000至4000美元之间，比55英寸LCD和LED的售价高出约1000至3000美元。
YIELDjet FLEX旨在解决许多TFE问题。一项关键的创新是将打印机封装在氮气室中，减少氧气和水分的暴露，以及减少粒子污染(众所周知，粒子污染会降低OLED产量)，比目前使用真空室的方法多出10倍。Madigan说:“低颗粒氮是OLED制造中成本最低的惰性环境。”
在TFE过程中，YIELDjet将有机薄膜精确地包裹在显示区域，作为TFE结构的一部分。有机层使表面平整光滑，为在TFE结构中沉积后续层提供理想的条件。Madigan说，在光滑、清洁的表面上沉积可以显著提高TFE结构的质量，即使在反复弯曲和弯曲之后，也能实现高产量和高可靠性。
摘下面具
Kateeva’s other system offers an improvement over the traditional vacuum thermal evaporation (VTE) technique — usually somewhere in the middle of the production line — that uses shadow masks (thin metal squares with stenciled patterns) to drop red, green, and blue OLED materials onto a substrate.
与传统的TFE工艺非常相似，VTE需要将基片放置在真空室中，并通过阴影罩喷射出红色、绿色和蓝色精确图案的OLED材料蒸汽。但当蒸汽喷在面罩和腔体上时，材料会被浪费。Madigan说，涂层室和口罩也可能导致颗粒污染，因为材料剥落，所以需要进行过度的清洁维护。
对于制作小型智能手机屏幕来说，这并不一定是坏事:“如果一块基片表面有100个小型显示器，有5个缺陷，你可以扔掉5个，其余的都是完美的，”Madigan解释道。
而较小的影子面具更可靠。
但由于粒子污染或衬底上的缺陷，制造商开始丢失金钱。
Kateeva的系统，像TFE系统一样，被封闭在一个氮气室中，精确地将衬底(足够容纳6个55英寸的显示器)放置在包含数百个喷嘴的打印头之下。
这些喷嘴经过调整，可以在精确的位置沉积微小的OLED材料滴，以创建显示器的像素。Madigan说:“这样做超过三层，就无需在更大的范围内使用阴影面具。”
Madigan表示，与YIELDjet FLEX系统一样，这款用于OLED电视显示屏的YIELDjet产品可以帮助制造商比传统方法节省50%以上的成本。今年1月，Kateeva与领先的oled材料供应商住友(Sumitomo)合作，进一步优化该系统，以实现批量生产。
麻省理工学院的革新
卡蒂娃的想法始于21世纪初的麻省理工学院。几年来，Madigan、Bulovic、Schmidt、Chen和Leblanc与惠普(Hewlett-Packard)合作，共同开发可打印电子产品。
他们开发了多种制造oled的方法——Madigan从普林斯顿大学的本科时代就开始研究这些方法。当时的其他实验室都在尝试让oled更节能、更多彩、更耐用。Madigan说:“但我们想做一些完全不同的事情，来彻底改变这个行业，因为这是我们在麻省理工这样的地方应该做的事情。”
然而，惠普很快就退出了这个项目。Bulovic说:“这使得所有这些新颖的知识产权都被束之高阁，可能再也不会被使用了。”然而，研究人员并没有让这些专利白白浪费掉，而是在2008年推出了Kateeva，用于商业化处理OLED制造。
几年前，布洛维奇凭借QD Vision(目前正在开发用于LED电视显示屏的量子点技术)在初创企业崭露头角，并得以将该集团与当地风险投资家联系起来。
另一方面，麦格兰在麻省理工学院斯隆管理学院锐化了他的企业技能。在其他事情之外，企业家精神实验室课程将他推向初创公司和螺栓的初创公司，包括客户收购和与投资者交谈。创新团队帮助他学习市场和设计产品的客户需求。“没有手册，但我从这两个班级中受益了很多，”他说。
在2009年，就在OLED开始获得主流普及，Kateva发射T-JET，一种屈服jet的前身。在该系统中，喷嘴将OLED材料滴到板上，用一定的图案蚀刻。将板加热至100摄氏度以使油墨干燥，靠近基板而不触摸它，并加热至300℃以将干燥的图案化蒸气转移到基板上。“这是一个很酷的概念，但喷墨仍然便宜，”麦格兰说。
因此，在2012年，卡蒂娃转向了YIELDjet系统。Bulovic说，现在，该系统是一个平台，在未来，可以进行微调，打印固体舞台照明面板、太阳能电池、纳米结构电路和发光聚光器等。他说:“所有这些都将由Kateeva开发的半导体打印机实现。”“OLED显示屏只是第一个应用。”
如需更多信息，请访问www.mit.edu。
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