Las pantallas de diodos orgánicos emisores de luz (OLED, por sus siglas en inglés) de bajo consumo, flexibles y con gran densidad de color, pronto podrían salir al mercado de forma más económica gracias al uso de impresoras de inyección de tinta gigantes. 

Se espera que las pantallas OLED, en última instancia, suplanten a las de LCD, que son las más comunes hoy día en televisores y ordenadores. Las pantallas OLED consumen menos energía, tienen colores más vivos, y se pueden fabricar en plástico, lo que las hace atractivas para la electrónica flexible y hasta portable. Estas futuristas pantallas ya están apareciendo en algunos teléfonos inteligentes, cámaras digitales y televisores de alta gama. Pero las dificultades de fabricación han obstaculizado los intentos de producción en masa.

En la actualidad, el fabricante de equipos de manufactura Kateeva señala tener la clave para superar esos desafíos. La configuración de Kateeva, ya disponible para los fabricantes de pantallas, cuenta con una plataforma móvil que coloca con precisión paneles de vidrio o láminas de plástico, suficientemente grandes como para crear seis pantallas de 55 pulgadas, bajo unos cabezales de impresión hechos a medida. Cada cabezal de impresión contiene cientos de boquillas sintonizadas para depositar gotas a escala de picolitro (la millonésima parte de un litro) en lugares exactos y construir así los píxeles de una pantalla. La compañía afirma que la herramienta se puede incorporar con bastante facilidad en las líneas de producción de pantallas existentes.

El cofundador y presidente de Kateeva, Conor Madigan, señala que el sistema, basado en la misma tecnología de inyección de tinta de las impresoras para consumidores, elimina la necesidad de una etapa en el esquema convencional de fabricación que aumenta el riesgo de producir pantallas defectuosas.

El proceso convencional se lleva a cabo en una cámara de vacío. Los píxeles OLED se crean mediante el apilamiento de películas delgadas de diversos materiales orgánicos. Dichas capas se depositan por condensación de vapores de materiales sobre una superficie, generalmente de vidrio. Una plantilla de metal fino, llamada 'máscara de sombra', se coloca encima de la superficie y garantiza que el vapor deposite los materiales en lugares muy precisos y en patrones uniformes.

Pero depender de la máscara de sombra resulta problemático. Una gran cantidad de material se desperdicia, ya que termina recubriendo la máscara y las paredes de la cámara de vacío. Y colocar y retirar dicha máscara tiene una tendencia a introducir partículas causantes de defectos.

Los materiales que componen los OLED son muy sensibles a la contaminación, y cuando se exponen al oxígeno y la humedad durante el proceso de fabricación, disminuye la vida útil de los dispositivos resultantes. Sólo hacen falta unas pocas partículas de polvo para arruinar una pantalla. Y cuanto mayor sea el área de pantalla fabricada, más difícil es controlar la contaminación.

Como resultado, hasta ahora los bajos niveles de producción han supuesto una gran dificultad para fabricar pantallas OLED lo suficientemente grandes como para usarlas en televisores. En ese tamaño, la técnica de vacío es poco práctica, argumenta Madigan. Lo que se necesita, señala, es un método para depositar capas y crear patrones en los materiales OLED con la precisión de la máscara de sombra, pero sin usar una máscara de sombra. Eso es lo que promete el método de impresión de inyección de tinta.

La compleja naturaleza de los píxeles OLED presenta un desafío fundamental, según el nanotecnólogo del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, en EEUU) y cofundador de Kateeva Vladimir Bulović. Dentro de las 100 capas moleculares orgánicas que componen una pantalla, sólo 10, que comprenden una región de tan sólo 10 nanómetros de espesor, proporcionan el brillo. Estas capas deben estar colocadas exactamente en el lugar correcto dentro de las otras capas para que funcionen correctamente. La impresión de inyección de tinta, asegura, ofrece la precisión necesaria para lograrlo y para colocar cada píxel precisamente en relación con los otros en la matriz.

Los investigadores saben, desde hace mucho tiempo, que podrían utilizar la impresión de inyección de tinta para crear píxeles OLED. De hecho, esto ha sido objeto de años de investigación y desarrollo en empresas de impresión como Epson, entre otras. Pero, a pesar de que varias compañías la hayan probado, la tecnología aún no ha logrado funcionar para la producción en masa, según afirma la presidenta de Touch Display Research, Jennifer Colegrove. Entre otros desafíos, las vidas de los materiales impresos han resultado ser demasiado cortas, afirma. Pero las tintas OLED han mejorado enormemente en los últimos años, según Bulović. "Las últimas configuraciones de materiales son muy estables".

Un inconveniente potencial de pasar de la deposición al vacío a la impresión de inyección de tinta es que la impresión puede ser un proceso relativamente sucio. A pesar de que reduce las partículas y elimina la necesidad de usar la máscara, "si no lo diseñas de forma correcta, generas una gran cantidad de partículas", afirma Madigan. Reducir el riesgo de contaminación por partículas ha sido, por tanto, un aspecto importante desde la formación de Kateeva en 2008.

La empresa asegura haber reducido la contaminación de partículas en hasta 10 veces en comparación con los procesos convencionales mediante el diseño de sistemas mecánicos para reducir la turbulencia ambiental y barrer las partículas de polvo. Además, su sistema funciona en lo que Kateeva denomina como la primera cámara de proceso de nitrógeno "a nivel de producción", un ambiente ideal para la fabricación de OLED, ya que evita la exposición al aire y la humedad.

Bulović afirma que su empresa de impresión de inyección de tinta está imitando la meticulosa limpieza observada en el entorno de fabricación de la industria de los semiconductores, que en sus inicios tuvo problemas para hacer frente a las complicaciones relacionadas con partículas similares. Este rigor será crucial para finalmente permitir la fabricación a gran escala de pantallas OLED, concluye.