L'impression à jet d'encre pourrait être la clé des écrans OLED de nouvelle génération

Les écrans riches en couleurs, économes en énergie et flexibles basés sur des diodes électroluminescentes organiques (OLED) pourraient bientôt être fabriqués de manière plus économique sur des imprimantes à jet d'encre géantes.

Imprimante de précision : Un ingénieur de Kateeva se tient devant une imprimante à jet d'encre qui crée des pixels pour les écrans OLED.

On s'attend à ce que les écrans OLED finissent par supplanter les écrans LCD, l'écran le plus courant aujourd'hui dans les téléviseurs et les ordinateurs. Les écrans OLED consomment moins d'énergie, ont des couleurs plus vives et peuvent être fabriqués sur du plastique, ce qui les rend attrayants pour les appareils électroniques flexibles et même portables. Les écrans futuristes font déjà leur apparition dans certains smartphones, appareils photo numériques et téléviseurs coûteux. Mais les défis de fabrication ont entravé les tentatives de production de masse.

Maintenant le fabricant d'équipement de fabrication Kateeva affirme avoir la clé pour surmonter ces défis. La configuration de Kateeva, disponible dès aujourd'hui pour les fabricants d'écrans, comprend une plate-forme mobile qui positionne avec précision des panneaux de verre ou des feuilles de plastique suffisamment grands pour six écrans de 55 pouces sous des têtes d'impression personnalisées. Chaque tête contient des centaines de buses réglées pour déposer des gouttelettes à l'échelle du picolitre à des emplacements précis afin de constituer les pixels d'un écran. L'entreprise affirme que l'outil peut être intégré assez facilement dans les lignes de production d'affichage existantes.

Le cofondateur et président de Kateeva, Conor Madigan, affirme que le système, basé sur la même technologie que les imprimantes à jet d'encre grand public, élimine le besoin d'une étape dans le schéma de fabrication conventionnel qui augmente le risque de défauts sur les écrans.

Le processus conventionnel a lieu dans une chambre à vide. Les pixels OLED sont fabriqués en empilant des films minces de divers matériaux organiques ; ces couches sont déposées en condensant des vapeurs de matériaux souhaités sur une surface, généralement du verre. Un fin pochoir en métal, appelé masque d'ombre, repose sur la surface et garantit que les vapeurs déposent le matériau à des endroits extrêmement précis et selon des motifs uniformes.

Mais s'appuyer sur le masque d'ombre est problématique. Une grande quantité de matière est gaspillée car elle finit par revêtir le masque et les parois de la chambre à vide. Et la mise en place et le retrait du masque ont tendance à introduire des particules causant des défauts.

Les matériaux qui composent les OLED sont très sensibles à la contamination : lorsque ces matériaux sont exposés à l'oxygène et à l'humidité pendant le processus de fabrication, cela diminue la durée de vie des dispositifs résultants. Quelques particules de poussière suffisent à ruiner un écran. Et plus la surface de l'écran est grande, plus il est difficile de contrôler la contamination.

En conséquence, les faibles rendements de fabrication ont entravé les efforts précédents pour produire des écrans OLED suffisamment grands pour les téléviseurs. À cette taille, la technique du vide n'est pas pratique, affirme Madigan. Ce qu'il faut, dit-il, c'est un moyen à la fois de déposer et de modeler des couches de matériau OLED avec la précision du masque d'ombre, mais sans masque d'ombre. C'est ce que promet la méthode d'impression à jet d'encre.

La nature complexe des pixels OLED présente un défi fondamental, selon Vladimir Boulović , nanotechnologue du MIT et cofondatrice de Kateeva. Au sein de la pile de 100 couches moléculaires organiques qui composent un écran, la lueur est fournie par seulement 10, constituant une région d'à peine 10 nanomètres d'épaisseur. Ces couches doivent être positionnées exactement au bon endroit dans la pile pour fonctionner. L'impression à jet d'encre, dit-il, offre la précision requise pour y parvenir et pour positionner précisément chaque pixel par rapport aux autres de la matrice.

Les chercheurs savent depuis longtemps qu'ils pourraient utiliser l'impression à jet d'encre pour fabriquer des pixels OLED. En fait, il a fait l'objet d'années de recherche et de développement par l'imprimerie Epson et d'autres. Mais alors que plusieurs entreprises l'ont essayé, la technologie n'a pas encore fonctionné pour la production de masse, dit Jennifer Colegrove , président de Touch Display Research. Entre autres défis, la durée de vie des documents imprimés a été trop courte, dit-elle. Mais les encres OLED se sont considérablement améliorées ces dernières années, déclare Bulović : les derniers ensembles de matériaux sont en fait extrêmement stables.

Un inconvénient potentiel du passage à l'impression à jet d'encre à partir du dépôt sous vide est que l'impression peut être un processus relativement sale. Bien qu'il réduise les particules en éliminant le besoin de l'étape de masque, si vous ne le concevez pas de la bonne manière, il générera en fait beaucoup de particules, explique Madigan. La réduction du risque de contamination particulaire est donc un enjeu majeur depuis la formation de Kateeva en 2008.

Kateeva affirme avoir réduit la contamination par les particules jusqu'à un facteur 10 en concevant des systèmes mécaniques pour réduire les turbulences ambiantes et balayer les particules de poussière. De plus, son système fonctionne dans ce que Kateeva appelle la première chambre de traitement tout azote digne de la production, un environnement idéal pour la fabrication d'OLED car elle empêche l'exposition à l'air et à l'humidité.

Bulović dit que son entreprise d'impression à jet d'encre imite la propreté méticuleuse observée dans l'environnement de fabrication de l'industrie des semi-conducteurs, qui, à ses débuts, avait du mal à résoudre des complications similaires liées aux particules. Une telle rigueur sera cruciale pour la fabrication à grande échelle d'écrans OLED, dit-il.

cacher