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Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 156 (2023) Citare questo articolo

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Si prevede che in futuro la tecnologia di stampa a getto d'inchiostro migliorerà la tecnologia di produzione di massa dei display stampati. Le testine di stampa con serie di ugelli costituiscono la base per le applicazioni di produzione di massa di display stampati. Tuttavia, l’instabilità del getto causata dall’intrappolamento di bolle d’aria e i cambiamenti di bagnabilità degli ugelli durante il processo di stampa rappresentano una sfida importante nell’applicazione di questa tecnologia. Per adattarsi a possibili anomalie degli ugelli, in questo studio è stato progettato un sistema di stampa con serie di ugelli ad alta adattabilità basato su un modello SCPP (Set Covering Printing Planning) per la produzione di display stampati. Lo studio si compone di due parti. Innanzitutto, viene proposto un sistema di stampa basato sull'ispezione visiva in più fasi e sul feedback a circuito chiuso per rilevare e schermare con precisione posizioni anomale degli ugelli. In particolare, il sistema di stampa a getto d'inchiostro può identificare gli ugelli con caratteristiche di espulsione anomale e garantire che gli ugelli rimanenti funzionino in modo accurato e stabile. Quindi, viene stabilito un modello SCPP per la pianificazione della stampa dei pixel di visualizzazione utilizzando i restanti ugelli normali sulla testina di stampa della serie di ugelli. Questo modello può produrre il percorso di stampa e l'azione di stampa degli ugelli più efficienti e può adattarsi a qualsiasi modello di pixel, tipo di ugello e distribuzione anomala degli ugelli. Il sistema e la tecnologia sono altamente adattabili e scalabili per la fabbricazione di dispositivi di visualizzazione stampati di grandi dimensioni.

La stampa a getto d'inchiostro è una tecnologia in grado di depositare direttamente una soluzione materiale su un substrato per formare modelli a temperatura ambiente. Questo approccio è considerato un metodo di produzione di prossima generazione per la fabbricazione di display stampati grazie al suo basso costo, all'elevata efficienza produttiva e ai vantaggi nella produzione di pannelli flessibili di grandi dimensioni1,2,3. La Figura 1a mostra la struttura tipica4 di un dispositivo con diodo organico a emissione di luce (OLED) che può essere stampato. Il flusso del processo di produzione della stampa per questo display stampato è mostrato in Fig. 1b. La fattibilità della tecnologia di stampa a getto d'inchiostro nella produzione di display stampati è stata verificata applicando tale tecnologia in laboratorio. Ad esempio, lo strato di iniezione dei fori5 (HIL), lo strato di trasporto dei fori6 (HTL), lo strato di emissione7 (EML) e lo strato di incapsulamento a film sottile8 (TFE) degli OLED sono stati preparati mediante stampa.

Diagramma semplificato della struttura dell'OLED e del flusso di produzione.

Una delle tecnologie chiave per la produzione di massa di display stampati è l'uso di testine di stampa a serie di ugelli, solitamente composte da una o più file di ugelli multipli. Gli ugelli nella stessa fila sono disposti a intervalli uguali e gli ugelli in file diverse sono disposti in modo sfalsato per migliorare la densità di stampa. La maggior parte dei sistemi di stampa di produzione utilizza testine di stampa a serie di ugelli, contenenti migliaia di ugelli, per migliorare l'efficienza della stampa a getto d'inchiostro9. Tuttavia, affinché la stampa a getto d'inchiostro passi dalla ricerca e sviluppo (R&S) alla produzione di massa, una delle maggiori sfide nelle applicazioni delle testine di stampa a serie di ugelli è l'instabilità dell'espulsione degli ugelli, come mostrato nella Fig. 2a. È difficile garantire che tutti gli ugelli di una testina di stampa possano fornire getti stabili durante l’intero processo di stampa. Problemi di espulsione, come ugelli guasti, volumi non uniformi e traiettorie oblique, possono causare difetti di stampa sui pannelli stampati e quindi portare a difetti mura10, che in ultima analisi incidono sulla qualità del display stampato, come mostrato in Fig. 2b. I problemi di espulsione possono derivare da numerose cause, come la scarsa direzionalità del getto dovuta alla bagnatura della piastra dell'ugello, l'ostruzione parziale del fluido all'interno o all'esterno di un ugello e l'intrappolamento di bolle d'aria nel sistema della testina di stampa11. Le fonti di questi problemi sono molto complesse e difficili da identificare direttamente. Pertanto, i sistemi di stampa con serie di ugelli per display stampati devono essere altamente adattabili a possibili condizioni anomale di espulsione degli ugelli.