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Scientific Reports 13권, 기사 번호: 156(2023) 이 기사 인용

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잉크젯 프린팅 기술은 향후 인쇄 디스플레이 양산 기술을 한층 더 발전시킬 것으로 기대된다. 노즐 어레이 프린트헤드는 인쇄 디스플레이 대량 생산 응용 분야의 기초를 형성합니다. 그러나 인쇄 공정 중 기포 포착으로 인한 제트 불안정성과 노즐 습윤성 변화는 이 기술 적용에 있어 주요 과제입니다. 가능한 노즐 이상에 적응하기 위해 본 연구에서는 인쇄 디스플레이 제조를 위한 SCPP(Set Covering Printing Planning) 모델을 기반으로 하는 적응성이 뛰어난 노즐 어레이 인쇄 시스템을 설계했습니다. 이 연구는 두 부분으로 구성됩니다. 첫째, 비정상적인 노즐 위치를 정확하게 감지하고 스크리닝하기 위해 다단계 육안 검사 및 폐쇄 루프 피드백을 기반으로 하는 인쇄 시스템이 제안됩니다. 특히, 잉크젯 프린팅 시스템은 비정상적인 토출 특성을 지닌 노즐을 식별하고 나머지 노즐이 정확하고 안정적으로 작동하도록 보장할 수 있습니다. 그런 다음 노즐 어레이 프린트헤드의 나머지 일반 노즐을 사용하여 디스플레이 픽셀 인쇄 계획을 위한 SCPP 모델을 설정합니다. 이 모델은 가장 효율적인 인쇄 경로와 노즐 인쇄 작업을 출력할 수 있으며 모든 픽셀 패턴, 노즐 유형 및 비정상적인 노즐 분포에 적응할 수 있습니다. 이 시스템과 기술은 대면적 인쇄 디스플레이 장치 제작에 매우 적합하고 확장 가능합니다.

잉크젯 프린팅은 소재 용액을 기판에 직접 증착해 상온에서 패턴을 형성할 수 있는 기술이다. 이 접근 방식은 저렴한 비용, 높은 제조 효율성 및 대면적 유연한 패널 제조의 장점으로 인해 인쇄 디스플레이 제조를 위한 차세대 제조 방법으로 간주됩니다1,2,3. 그림 1a는 인쇄할 수 있는 유기발광다이오드(OLED) 장치의 일반적인 구조4를 보여줍니다. 이 인쇄 디스플레이의 인쇄 제조 공정 흐름은 그림 1b에 나와 있습니다. 인쇄 디스플레이 생산에 있어서 잉크젯 프린팅 기술의 타당성은 이러한 기술을 실험실에 적용함으로써 검증되었습니다. 예를 들어, OLED의 정공주입층5(HIL), 정공수송층6(HTL), 발광층7(EML), 박막봉지8(TFE)층은 프린팅 방식으로 제조됐다.

OLED 구조와 생산 흐름을 단순화한 다이어그램.

인쇄 디스플레이 대량 생산을 위한 핵심 기술 중 하나는 일반적으로 하나 이상의 다중 노즐 행으로 구성된 노즐 어레이 프린트 헤드를 사용하는 것입니다. 같은 줄의 노즐은 동일한 간격으로 배열되고, 다른 줄의 노즐은 엇갈린 패턴으로 배열되어 인쇄 밀도를 향상시킵니다. 대부분의 생산 프린터 시스템은 잉크젯 인쇄의 효율성을 향상시키기 위해 수천 개의 노즐이 있는 노즐 ​​배열 프린트헤드를 사용합니다9. 그러나 연구 개발(R&D)에서 대량 생산으로 전환하는 잉크젯 인쇄의 경우 노즐 어레이 프린트 헤드 응용 분야의 가장 큰 과제 중 하나는 그림 2a에 표시된 것처럼 노즐 배출의 불안정성입니다. 전체 인쇄 과정에서 프린트 헤드의 모든 노즐이 안정적인 제트를 제공할 수 있는지 확인하는 것은 어렵습니다. 실패한 노즐, 불균일한 볼륨 및 경사 궤적과 같은 배출 문제는 인쇄된 패널에 인쇄 결함을 일으킬 수 있으며 그림 2b에 표시된 것처럼 궁극적으로 인쇄된 디스플레이의 품질에 영향을 미치는 무라 결함으로 이어질 수 있습니다. 배출 문제는 노즐 플레이트 습윤으로 인한 제트 방향성 저하, 노즐 내부 또는 외부의 부분적인 유체 막힘, 프린트헤드 시스템의 기포 포착 등 다양한 원인으로 인해 발생할 수 있습니다11. 이러한 문제의 원인은 매우 복잡하고 직접 식별하기 어렵습니다. 따라서 인쇄된 디스플레이 노즐 어레이 인쇄 시스템은 가능한 비정상적인 노즐 배출 조건에 고도로 적응할 수 있어야 합니다.