Beckhoff Applicaties:

Revolutionaire productiemethode van OLED's ontwikkeld in Eindhoven


Nu de LCD- en plasmaschermen zo langzamerhand gemeengoed zijn, kondigt de volgende generatie displays zich al weer aan. De nieuwe displays heten OLED's, met als subcategorieŽn PLED's en smOLED's. Een revolutionaire productie-technologie om deze superdunne schermpjes onder sterke kostenreductie te kunnen maken is afkomstig uit Eindhoven. Het high-techbedrijf OTB Display zorgde het afgelopen jaar voor een regelrechte wereldpremiŤre: stekkerklare productie-installaties voor PLED's met een besturing op basis van Beckhoff besturingstechniek met PROFIBUS en Industrieel Ethernet. Machines voor de productie van smOLED's zijn bij OTB Display in voorbereiding.


Het is een thema waar tijdens verjaardagspartijtjes wel eens over wordt opgeschept: oprolbare computerschermpjes die zo dun zijn dat je ze als etiket op een wijnfles zou kunnen plakken. Kun je eerst een video van het wijngebied bekijken voordat je de fles koopt. Met de nieuwe PLED's zijn dergelijke applicaties tussen vijf en tien jaar zonder meer mogelijk. Dat is de inschatting van John Verwoerd, Operations Manager bij OTB Display in Eindhoven. De 'dikte' van OLED's zelf is met de huidige productietechnieken nu al zo gering dat deze met het menselijk oog nauwelijks waar te nemen is. PLED's zijn niet alleen flinterdun, ze werken zonder backlight. OLED's zijn opgebouwd uit polymeren die elektronen in slechts ťťn richting doorgeven en bij een dergelijke stroom sterk oplichten. OLED's laten wat betreft kwaliteitsaspecten zoals weergave van bewegende beelden en contrast de bestaande beeldschermen ver achter zich. De internationale elektronica-industrie die zich bezighoudt met de productie van deze OLED's koopt de daarvoor benodigde productie-installaties in bij OTB Display. De kennis van OTB Display op dit gebied gaat zelfs zover dat het ook de installatie compleet inricht voor het specifieke soort OLED's dat de klant wil gaan maken. De installaties die OTB Display levert, zijn dus bij aankomst in het Verre Oosten direct klaar om te produceren.



In-line machine
Hoe worden OLED's eigenlijk gemaakt? Tijdens een bezoek aan OTB Display in Eindhoven legt John Verwoerd het productieproces uit aan de hand van een installatie die over een paar weken PLED's zal maken ergens in het Verre Oosten. John Verwoerd: "De PLED's waar we het hier over hebben zijn bedoeld als massaproduct. Dat betekent dat je een constante kwaliteit voor zeer grote aantallen moet kunnen garanderen. Omdat je bij PLED's werkt in het nano-bereik zijn gecontroleerde condities heel belangrijk. Verder moet je ervoor zorgen dat het eindproduct beschermd is tegen zuurstof en water. Tot nog toe werd er gewerkt in grote clean rooms. Heel duur, maar ook heel problematisch met betrekking tot het transport van de ene productiestap naar de volgende. Daarom hebben we in deze nieuwe installatie gekozen voor een in-line-productie. Dat wil zeggen dat we werken met een transport systeem die door een geheel afgesloten ruimte loopt waarin cleanroom-condities heersen. Daarnaast is er in een deel van machine ook sprake van een vacuŁm. Dus omgevingsfactoren die invloed kunnen hebben op het eindresultaat hebben we volledig onder controle. Vanuit dit gegeven kunnen we produceren."

Inkjetprinter
"We beginnen in de lijn met het reinigen van het substraat, ofwel de glasplaat waarop straks de PLED's worden geprint. De glasplaat heeft een bepaalde oppervlaktestructuur, zeg maar 'putjes' die later dienst zullen doen als pixel. De machine die hier staat, maakt PLED's voor o.a. MP3 spelers. Die hebben 96 x 48 pixels, waarbij elke pixel weer opgebouwd is uit drie subpixels. Een subpixel meet 79 x 234 micron. Als de plaat gereinigd is komt ze bij de inkjetprinter. Deze printer moet elk subpixel van 79 x 234 micron heel precies volspuiten met een mengsel van oplosmiddel en polymeer. Het gaat dus om heel kleine druppels die exact gemikt moeten worden. Het is daarom begrijpelijk dat zeer nauwkeurige positionering hierbij benodigd is, te meer omdat dit hele proces ook nog 'on the fly' gebeurt!"





Bakken
"Daarna gaat de plaat de oven in om te bakken. Het oplosmiddel verdampt en wordt afgezogen. De PLED's in wording gaan vervolgens naar een andere inkjetprinter die in drie gangen een mengsel van oplosmiddel en kleurcomponent print. Die kleurcomponenten zijn in feite gekleurde polymeren met rood, groen en blauw. Het zijn ook de polymeren die straks zorgen voor het sterk lichtgevende beeld. Daarna gaat het hele zaakje weer een oven in waar onder meer het oplosmiddel uit het product verdreven wordt. Als dat gebeurd is, gaat de plaat naar een vacuŁmketel waarin een behoorlijk diep vacuŁm heerst. Onder die omstandigheden wordt een barium-aluminium kathode opgedampt. De kathode is noodzakelijk voor het injecteren van de elektronen die weer zorgen voor het lichtuitzendende effect van de polymeren. Deze kathode wordt ingepakt in een aantal siliciumnitride en organische laagjes Dit noemen we 'thin film encapsulation'. Na de behandeling in de vacuŁmketel wordt de hele PLED nog eens voorzien van een coating die dient ter bescherming tegen krassen en stoten. De laatste productiestap is die waarin de PLED's uit de glasplaat gesneden worden."

Besturing
Als ruggengraat voor de besturing van de productie-installatie heeft OTB gekozen voor het Beckhoff besturingssysteem met Industrial Ethernet en als veldbus Profibus waarin het standaard Profibus DP-protocol wordt gehanteerd. De besturingstaken worden afgehandeld door 21 industriŽle PC's van Beckhoff van het type C6320 en C5102. De C6320 is een compacte en robuuste schakelkast-PC met netwerk-, DVI- en USB-poorten. In 20 van deze IPC's zitten een tweekanaals Profibus-kaart van Beckhoff. Hierdoor beschikt het netwerk over in totaal 40 Profibus-masters. Op dit netwerk zijn in totaal 2350 analoge en ruim 3000 digitale I/O's van Beckhoff aangesloten. Tot de belangrijkste besturingsroutines behoort de uitvoering van motion control-taken. Dit gebeurt vanuit de realtime PLC en Motion Controller 'TwinCAT' die op de 20 PC's draait. In totaal worden 200 assen, zowel roterend als lineair, aangestuurd. Tot de componenten die vanuit Profibus worden aangestuurd, behoren vacuŁmpompen van Pfeiffer, RF-voedingen voor plasmabronnen, servomotoren van AMK, in vacuŁm omgekeerd werkende lineaire motoren van OTB zelf en ventieleilanden van SMC.
Behalve het Profibus-protocol handelen de 20 Beckhoff PC's ook nog het Beckhoff Realtime Ethernet protocol af. De PLC-taken wisselen via Ethernet realtime informatie uit tussen de verschillende processtappen. De gegevens van een glasplaat worden als het ware doorgegeven naar de volgende PC waar weer een volgende bewerking plaats vindt.
Ook worden via Ethernet de Scada-taken afgehandeld. OTB Display gebruikt daarvoor MachineWorX 32, een onderdeel van de Genesis 32 SCADA-suite van Iconics. Hiermee wordt het proces gevolgd en worden alarmen, trends en statusinformatie doorgegeven aan de gebruiker. Via twee overkoepelende PC's (Beckhoff C5102) met SCADA worden alle data gelogd in een database. De operator kan het SCADA-systeem benaderen vanuit 18 HMI-touchscreens van Beckhoff die op de installatie te vinden zijn. Op verzoek van OTB Display zijn deze Beckhoff bedienpanelen op klantspecificatie aangepast.



Internetkoppeling
De gebruikers van de productie-installaties van OTB Display bevinden zich in alle werelddelen, met zwaartepunten in het Verre Oosten en de Verenigde Staten. Om vanuit Eindhoven service te kunnen verlenen heeft OTB Display niet alleen vestigingen in Singapore, New Delhi en Hilliard Ohio. Het bedrijf heeft daarnaast via internet een directe toegang tot de verschillende installaties. John Verwoerd: "Vanuit Eindhoven gaan we het productieproces bij onze klanten continu ondersteunen. Door onze recente overname (17 augustus 2005) van Philips PolyLED in Heerlen hebben we nog meer kennis van het proces in huis. We kunnen daar bijvoorbeeld ook testruns maken. Het spreekt voor zich dat we in de keuze van het besturingssysteem uitdrukkelijk hebben gekeken naar de functionaliteit van remote maintenance en remote control. Aan deze eis wordt ruimschoots voldaan; Met TwinCAT kan niet alleen procesdata via een remote verbinding worden bekeken, maar ook het online wijzigen (= wijzigingen aanbrengen zonder dat de PLC in stop gaat) van het programma kan probleemloos evenals het direct monitoren of forceren van een I/O punt. De gebruikte controllers hebben ook een koppeling met het kantoor of ERP netwerk en zijn via internet - uiteraard beveiligd - benaderbaar."

Waarom Beckhoff?
De keuze van OTB Display voor de controllers, beeldschermen en TwinCAT SoftPLC en SoftMotion van Beckhoff is niet op een achternamiddag tot stand gekomen. John Verwoerd: "Wij hebben een weloverwogen keuze gemaakt. Na een uitgebreide selectie van vergelijkbare producten hebben we een hardware- en softwaretest uitgevoerd. Beckhoff is daar als beste uitgekomen, onder meer omdat ze in technisch opzicht verder waren dan de concurrentie. Ook de prijs-productverhouding was in onze ogen goed. Omdat we het hier over een nieuwe machine hebben, was het voor ons van groot belang dat het aantal I/O in de gekozen controller makkelijk uitbreidbaar zou zijn. De flexibiliteit en de transparantie waren voor ons doorslaggevend. Minstens zo belangrijk voor ons was de mogelijkheid van het online up- en downloaden van software. Op die manier kunnen we zonder machinestops nieuwe programmaonderdelen installeren. Natuurlijk praten we ook met onze buren, waaronder ASML; daar wordt ook Beckhoff gebruikt. Maar we beslissen natuurlijk altijd op grond van eigen bevindingen."

OTB Display, Eindhoven