Технологии будущего - Промышленный струйный принтер

От OLED дисплеев до солнечных батарей: точность и потенциал промышленной струйной печати Panasonic

Когда речь заходит о разработке и производстве нового продукта, задумывались ли вы когда-нибудь о задаче, связанной с необходимостью отказаться от нерационального использования дорогостоящих материалов и при этом повысить энергоэффективность производственных процессов?

Это универсальная проблема, с которой производственная отрасль борется уже много лет, особенно когда речь заходит о производстве дисплеев на органических светодиодах (OLED). Что, если бы можно было использовать материалы с высочайшей точностью и минимальным количеством отходов? Или построить высокопроизводительную производственную линию без крупномасштабного и дорогостоящего оборудования?

Компания Panasonic разработала инновационное решение, известное как «технология промышленной струйной печати» и позволяющее решить обе вышеобозначенные задачи. В качестве подтверждения значимости промышленной струйной технологии печати Panasonic, стало получение двух премий Society for Information Display (SID) Distinguished Paper Awards, которые присуждаются за выдающиеся научные работы, представленные на крупнейшей в мире конференции по дисплеям Display Week.

Как эта технология сделала невозможное возможным и что ждет нас в будущем? Чтобы получить ответы на эти вопросы, мы поговорили с Хидехиро Йошидой, Шухеем Накатани и Юкией Усуи из Panasonic Production Engineering Co., Ltd. (PPE), которые возглавили разработку промышленной струйной технологии.

Какие инновационные особенности технологии промышленной струйной печати Panasonic?

Йошида: Метод вакуумного напыления является традиционным подходом к производству OLED—дисплеев и требует чрезвычайно крупного оборудования для создания вакуума. Это дорогостоящий метод и довольно проблематичный, особенно когда речь заходит о работе с большими панелями. Разработанный нами метод струйной печати позволяет обойтись без вакуума и в обычных атмосферных условиях, используя сверхточный принтер, “печатать” светоизлучающие материалы RGB (красный, зеленый и синий) - основные компоненты OLED-панелей.

Накатани: Метод струйной печати заключается в преобразовании люминесцентного материала в чернила, которые затем могут быть точечно нанесены в нужных количествах на нужные участки, что значительно повышает эффективность использования материалов и позволяет значительно снизить затраты. Оборудование компактно и энергоэффективно, позволяет равномерно и с высокой скоростью наносить чернила на большие стеклянные подложки, что значительно повышает эффективность производства крупногабаритных OLED-дисплеев высокой четкости.

Промышленная струйная технология является экономически выгодной и энергоэффективной, способна обрабатывать большие панели и обеспечивает высокое качество печати, заслужив признание как в Японии, так и за рубежом. В дополнение к двум полученным наградам SID Distinguished Paper Awards, в марте этого года команда была удостоена одной из самых престижных технических наград Японии — премии Okochi Memorial Technology Prize, что еще раз доказывает высокий уровень технологических возможностей Panasonic.

Пожалуйста, опишите проблемы, с которыми вы столкнулись при разработке метода.

Йошида: Наш путь начался в начале 2000-х годов, когда компания Cambridge Display Technology в Великобритании обнаружила потенциал печатных OLED-дисплеев. В то время струйные принтеры общего назначения уже были широко доступны у различных производителей, поэтому компания Panasonic пришла в эту область с опозданием. После запуска проекта нам удалось с помощью принтера изготовить первый в мире 3-дюймового OLED-дисплей с высоким разрешением. Однако точность была низкой и изготовленные нами панели были неровными и с разводами.

Как вы решили эту проблему?

Йошида: Обычные принтеры имели только одну головку, которая многократно перемещалась туда-сюда по панели, нанося светоизлучающий материал по одной линии за раз. Это и было причиной появления полос и неровностей. Мы решили эту проблему, внедрив линейную головку с десятками головок, позволяющую одновременно наносить несколько строк. С помощью этой линейной головки печать теперь можно было выполнять за один проход.

Накатани: На начальных этапах разработки мы столкнулись с целым рядом проблем, связанных с выбросом чернил, таких как отсутствие выброса чернил или, наоборот, их утечки из сопел. Чтобы обеспечить стабильную и точную подачу чернил с широким спектром характеристик в виде ультрамелких капель, мы полностью переработали конструкцию головки и тесно сотрудничали с производителями чернил, проходя через процесс проб и ошибок.

Усовершенствованная головка для промышленной струйной печати

Йошида: Хотя основная технология была разработана примерно в 2012 году, мы столкнулись с проблемой низкой производительности при изготовлении самих головок. Поскольку для каждой машины требуются десятки головок, все они должны быть изготовлены с высокой точностью. Вся команда работала над улучшением качества, и мы достигли нашей цели - представили первый в мире печатный 56-дюймовый OLED-дисплей с разрешением 4K на выставке CES в 2013 году. Это вызвало большой резонанс и люди спрашивали: “Действительно ли с помощью технологии печати можно создать что-то настолько красивое?”

В 2019 году компания Panasonic успешно запустила первую в мире линию массового производства печатных OLED-дисплеев. Какие преимущества технологии сделали возможным массовое производство?

Усуи: Точная технология управления играет ключевую роль в обеспечении стабильной работы линий массового производства и высокого качества продукции. Мы разработали систему, которая устраняет неравномерность цвета с помощью технологии Drive Per Nozzle. Технология позволяет индивидуально контролировать количество чернил, выделяемых из каждого сопла и автоматически корректировать мельчайшие отклонения, возникающие в процессе производства. Данные технологии управления позволили нам разработать высокоточное и высокопроизводительное производственное оборудование и обеспечить стабильное качество и производительность, необходимые для массового производства.

В каких еще областях можно использовать эту технологию и как ее применение изменит наше будущее?

Йошида: Мы видим два пути развития. Один из них - дальнейшее улучшение разрешения. Другой - совместимость с высоковязкими чернилами; как только это будет достигнуто, станет возможным точно наносить чернила, содержащие дисперсные частицы, что расширит область применения.

Нас особенно интересуют перовскитные солнечные элементы, которые, как ожидается, станут солнечными элементами следующего поколения.

Наш запатентованный метод нанесения покрытия на большие площади с использованием струйной технологии позволяет равномерно наносить основной энергогенерирующий материал на большие стеклянные подложки. Это позволяет создавать тонкие и легкие конструкции, которые было невозможно создать с помощью обычного оборудования, сохраняя при этом высокую эффективность выработки электроэнергии.

Накатани: Еще одним важным преимуществом технологии струйной печати является высокая эффективность использования материалов и, как следствие, гибкость дизайна. При традиционных методах производства иногда приходилось покрывать материалом всю поверхность, а затем удалять излишки. В отличие от этого, технология струйной печати позволяет точно наносить чернила только на те участки, где требуется генерирующий электроэнергию слой. Это позволяет сократить нерациональное использование дорогостоящих материалов.

Усуи: Возможность нанесения материала точно на целевую область создает уникальную ценность. Например, используя полосатый узор покрытия для генерирующего энергию слоя, можно создать оконное стекло, сочетающее в себе способность генерировать энергию и прозрачность. Основным преимуществом метода струйной печати является то, что окно может генерировать энергию, но при этом оставаться окном. Конечно, отсутствие необходимости в вакуумной среде во время производства и минимизация отходов материалов также чрезвычайно важны с точки зрения энергосбережения, экологичности и устойчивого развития.

Йошида: Таким образом, наша технология струйной печати придает перовскитным солнечным элементам две ценности: “большую площадь, а также высокую эффективность” и “высокую гибкость дизайна”. Это позволит устанавливать солнечные батареи в местах, которые ранее считались слишком труднодоступными, таких как стены и окна зданий, и мы верим, что это будет способствовать созданию устойчивого общества.

Солнечные элементы из перовскита созданы с использованием технологии струйной печати. Улучшенная прозрачность делает их практичными для использования в окнах.

В итоге, поделитесь, пожалуйста, своим мнением о том, какое общество будущего вы хотели бы создать с помощью инновационных технологий.

Йошида: Технология промышленной струйной печати - это уникальное высокотехнологичное решение, которое позволяет наносить точечное покрытие в обычных атмосферных условиях. Благодаря высокому коэффициенту эффективности использования материала и возможности регулирования количества наносимого покрытия в зависимости от условий последующей обработки, мы способны гибко реагировать на детальные запросы клиентов. Еще одним важным преимуществом является короткий срок от разработки технологического процесса до массового производства.

Области применения этой технологии очень широки и мы считаем, что вместо создания новых технологий с нуля необходим подход, который открывает новые рынки за счет применения и совершенствования существующих технологий. Для достижения этой цели нам необходимо объединить знания и идеи из различных областей. Именно поэтому мы активно продвигаем открытые инновации и приветствуем сотрудничество с партнерами по всему миру.

Накатани: Мы начинали 15 лет назад с утечек чернил и других проблем, но, никогда не сдавались и продолжали принимать новые вызовы. В итоге, мы разработали технологию, которая сейчас признана во всем мире. Однако мы все еще не достигли своей цели. Нашей величайшей наградой как инженеров было бы воплощение в жизнь нашей мечты о создании лучшего в мире принтера, чтобы доставить радость нашим клиентам с помощью этой технологии. Если вы столкнулись с проблемой, например, “Я хочу нанести что-то точечно” или “Я ищу способ применения нового материала”, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы уверены, что сможем вам помочь.

Усуи: Мы стремимся разрабатывать продукты и системы, которые превосходят воображение и ожидания наших клиентов. Это означает не только создание высокоточных устройств, но и систем, способных автоматически выполнять сложные процессы одним нажатием кнопки, а также устройств, оснащенных функциями самодиагностики и коррекции, которые обнаруживают каждое изменение и поддерживают оптимальные условия. Наши технологии будут удивлять и вдохновлять наших клиентов и еще больше улучшать жизнь людей в ближайшие годы. Руководствуясь этим видением, мы продолжим совершенствовать наши технологии, работая как одна команда. Мы надеемся на вашу постоянную поддержку и доверие.

Содержание данной статьи на сайте соответствует действительности на момент публикации, но может быть изменено без предварительного уведомления.

О компании Panasonic Group