SCRONAとAVANTAMAが協力してサブミクロンのインクジェット3Dプリントを実現

2024年1月、アンタークティックベアは、チューリッヒにあるスイス連邦工科大学のスピンオフ企業であるScrona AGと、プリンテッドエレクトロニクス向け特殊材料メーカーであるAvantamaが、Scronaの電気流体力学（EHD）インクジェット3D印刷技術を使用して、高性能な量子ドット（QD）インクを処理することに成功したことを知りました。

●Scrona氏は、EHD 3Dプリンティングは従来のインクジェット3Dプリンティングよりもはるかに小さい解像度で製造できるため、半導体やマイクロディスプレイの製造に適していると述べました。 Crona EHD 3D プリントは 1μm 未満の解像度を実現できます。

●AvantamaのペロブスカイトQD 3D印刷インクは、Scronaのマイクロ3D印刷プロセスに適しており、QDの中で最も高い吸収係数を誇ります。これにより、高解像度と良好な光学密度を備えた 3D プリントピクセルが可能になり、生産時間が大幅に短縮されます。

Scrona と Avantama のこのコラボレーションにより、色純度と明るさが向上した 3D プリント MicroLED ディスプレイを効率的かつコスト効率よく生産できるようになります。

電気流体力学 (EHD) インクジェット 3D プリント

電気流体力学 (EHD) インクジェット 3D プリンティングは、電界を使用して液体インクをノズルから噴射し、基板上に 3 次元構造を形成する技術です。以下の機能があります:

●ノズル径よりもはるかに小さい、サブミクロンやナノメートルレベルまで達する高解像度印刷を実現します。
●電界で分極または帯電できるものであれば、金属、セラミック、ポリマー、生体材料など、さまざまな材料を使用できます。
●さまざまな印刷要件に合わせて、不連続な液滴から連続的なコーンジェットまで噴射パターンを制御します12。
●他の印刷技術と組み合わせて、マルチマテリアル、マルチ機能の3D印刷を実現できます12。

電気流体力学 (EHD) インクジェット 3D プリントの基本原理は次のとおりです。

●まず、液体インク（有機溶剤または水）を微細孔のあるノズルに注入し、液滴流を形成します。
●高電圧電源を使用して、ノズルと受容基板の間に高電圧差を印加し、強力な静電場を生成します。
●静電場の作用により、ノズルから液滴の流れが噴射され、基板上に偏向してサブミクロンのジェットを形成します。
●最後に、ノズルの動きとジェットの周波数を制御することで、基板上に任意の形状の3Dプリントを実現できます。

Scronaの共同創設者兼CEOであるパトリック・ガリカー博士は、次のようにコメントしています。「当社は、フォトリソグラフィーによるパターン形成よりも高い解像度を提供する、添加物がなく、完全に無駄のないプロセスで業界のニーズに応え、EHDの新しい用途を常に模索しています。従来のインクジェットプリントヘッドには低粘度のインクが必要ですが、Scronaは1,000倍のスループットでインクを印刷する能力を実証し、より効率的なMicroLEDディスプレイへの道を切り開きました。」

△Avantama材料を使用したScronaサブミクロン3Dプリント

Scrona の EHD 静電マルチノズル 3D 印刷技術は、マルチマテリアルの機能的な電子機器の製造において、従来のインクジェット 3D 印刷に比べて大きな利点を提供します。同社によれば、現在のインクジェット技術のノズルベースの噴射方法では、液体含有量の多い細い液滴が生成され、超高解像度の部品の製造を妨げているという。ノズルから液滴を押し出して材料を押し出す従来のインクジェット 3D プリントとは異なり、Scrona の EHD テクノロジーは静電気力を利用して材料を引き出します。これらの引っ張る力はマイクロノズルの先端に完全に集中し、極めて小さな液滴を噴射、加速し、下向きに導くことが可能になります。液滴のサイズは印加電圧によって制御できるため、ノズルよりも一桁小さい液滴を生成できます。この押し出しプロセスにより、より濃厚で濃縮された液体を噴射することができ、従来のインクジェット 3D 印刷よりも高解像度のオブジェクトが生成されます。

Scrona独自のインクジェット3Dプリント技術の開発は、同社が960万ドルを調達した2022年のシリーズA資金調達ラウンドによって支援された。同社は、AM Ventures、TRUMPF Ventures、Verve Ventures、Manz Management Consulting and Investmentから資金援助を受けた。この資金により、同社は「自社技術の産業化を加速」し、アバンタマとの提携を通じて市場に投入することが可能になる。

Avantama のペロブスカイトベースの材料製品は、他のどの量子ドットよりも重量ベースの吸収率が高くなっています。これは、OD 厚さ値が非常に高いことを意味し、Scrona の高解像度押し出しプロセスに最適です。この驚くべき特性は、ペロブスカイト固有の欠陥許容性によって可能となり、高い発光量子収率を達成するために不動態化シェルは不要であることを意味します。このため、Avantama の材料は、Scrona インクジェット 3D 印刷と組み合わせて使用すると、MicroLED コンポーネントの製造に最適です。

「従来のインクジェット印刷は、QD-OLEDディスプレイよりもはるかに小さなピクセルを使用するため、新興のマイクロLEDディスプレイには現実的な選択肢ではありません」と、アバンタマの共同創設者兼CTOであるノーマン・リュッヒンガー博士は述べています。「スクロナとの協力により、厚さ2μm未満のペロブスカイトQD層を使用して1を超えるODを実現できることを実証できました。これにより、プリントヘッドのノズルの数を5分の1に減らし、薄いQD層を実現できるため、マイクロLEDディスプレイ技術の全体的な効率とサイクル時間が向上します。」

△Scronaインクジェット3Dプリントノズル

マイクロ3Dプリントの開発
Scrona の EHD 3D プリンターは、MicroLED のような小さな部品を製造するために設計された最初のプリンターではありません。デスクトップ 3D プリンターメーカーの Anycubic は、2022 年にディスプレイパネルの専門家である Jade Bird Display (JBD) と提携して、消費者向け MicroLED 3D プリンターを開発しました。 J1 MicroLEDと呼ばれるこの3Dプリンターは、UV MicroLEDディスプレイと調整可能な0.3CCライトエンジンを搭載しており、10μmという微細な部品を製造できます。そのため、このシステムは「低エネルギー消費、長寿命、競争力のある価格」を実現する初の 3D プリンターとして販売されています。 J1 は高さがわずか 175 mm と非常にコンパクトで、オンデマンドの MicroLED 3D 印刷用に簡単に運搬および展開できます。

2023年、オーストリアの高精度光学機器開発企業In-Visionは、バンガロールのインド科学研究所のTapajyoti Das Gupta教授と協力し、サブミクロンの3Dプリンターを開発した。パートナーはムンバイに拠点を置く3DプリンターメーカーのJ Group Roboticsと協力し、柔軟で伸縮性のある光子デバイスを製造できるこの3Dプリンターを開発しました。この新しい3Dプリンターにより、ナノスケールの高性能光学デバイスの製造コストが削減され、半導体業界に革命を起こすことが期待されています。

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