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柔性OLED很火!印刷OLED技術的工藝、難點你也應該深入了解

編輯:songqiuxia 2017-11-22 09:04 瀏覽 評論 評論 0 贊    來源:  中華顯示網

  在今年Q2,JOLED宣布,已研發出全球首款采用印刷式技術的4KOLED 面板產品,該面板產品尺寸為21.6 英寸,已于 4 月開始提供樣品給醫療用顯示器使用,之后計劃將應用對象擴大至電視、游戲機等用途。

  目前“印刷顯示技術”僅能實現部分印刷顯示器件,即實現了OLED材料的印刷,但在TFT背板的印刷上尚未形成突破。

  與傳統的蒸鍍工藝相比,印刷式具有工藝簡單、成本低廉、材料利用率高和更適合大尺寸面板的優點,一旦印刷OLED 跨越了量產的瓶頸,將迎來極大的發展機遇。

  “印刷”和“蒸鍍”

  OLED 的發光原理是在ITO 玻璃上制作一層幾十納米厚的發光材料——也就是人們通常所說OLED 屏幕像素自發光的材料,發光層上方有一層金屬電極,電極加電壓,發光層產生光輻射;從陰陽兩級分別注入電子和空穴,被注入的電子和空穴在有機層傳輸,并在發光層復合,激發發光層分子產生單態激子,單態激子輻射衰減發光,從而形成一個個的像素點。

  發光材料在OLED 像素化的過程中起著至關重要的作用,目前其制造方法可分為蒸鍍印刷兩種。

  蒸鍍,是真空中通過電流加熱,電子束轟擊加熱和激光加熱等方法,使被蒸材料蒸發成原子或分子,它們隨即以較大的自由程作直線運動,碰撞基片表面而凝結,形成薄膜。

  印刷顯示,就是使用印刷方式制作顯示器的有機材料膜層。具體而言,就是通過噴墨印刷設備上的多個印刷噴頭,將不同顏色的聚合物發光材料溶液精確的沉積在ITO 玻璃基板的隔離柱槽中,溶劑揮發后會形成100 納米左右厚度的薄層,構成可發光的像素。

  印刷工藝相對于蒸鍍工藝有以下優勢:

  1.工藝更加簡單;

  2.有機發光材料蒸發效率更高,材料利用率而蒸鍍時有機材料氣體無差別沉積在玻璃基板上,材料利用率低。

  3.更容易處理大型基板,尤其是Gen8 及以上尺寸面板;而蒸鍍受限于設備與技術,很難制作大尺寸精細金屬掩模板,導致該工藝無法應用在大尺寸面板的制造上

  4.制造成本更低,在OLED 面板的原材料使用上,印刷OLED 就比蒸鍍技術節省90%左右。

  蒸鍍工藝印刷工藝

  材料固體小分子溶液

  工藝難度復雜簡單

  材料使用效率10-20%80-90%

  適用產品規格中小尺寸大尺寸,尤其是Gen8 及以上尺寸

  制造成本昂貴便宜

  印刷OLED 發展

  材料方面,德國默克、美國杜邦、英國劍橋顯示以及日本住友化學等公司不僅擁有大量的專利,也建立了相應的生產線。

  而5 月17 日日本JOLED 發布的首款印刷4K OLED 面板產品,并計劃2018 年初開賣,也標志著印刷OLED 技術正在加速走向商業化。

  我國印刷 OLED 顯示材料方面,華南理工大學、中國科學院長春應用化學研究所、天津大學分別在熒光材料、磷光材料和載流子傳輸材料方面在國內外發表大量的相關研究工作。

  華南理工大學基于自主發展的聚合物發光材料及印刷陰極材料,成功制備了首個全噴墨打印的彩色顯示器件,從原理上實現了全印刷技術器件。

  國內印刷 OLED 顯示存在的主要問題在于材料廠商的參與缺位,優勢技術集成度低,這成為我國印刷OLED 顯示產業發展遲滯的主要原因。 

      

  印刷OLED 專利(部分)

  在OLED領域中,通過印刷顯示技術替代原有有機材料蒸鍍的工藝。此種方式確實能大大提升材料利用效率,并且預期未來將有助于降低顯示屏制造的直接成本。

  但相比蒸鍍方法,打印技術目前在器件最終光效、高分辨率圖形化等方面還存在差距,需要進一步提升才能達到生產水平。

  印刷顯示是采用可溶液化加工的有機、無機、納米功能材料(包括金屬、半導體、電介質、光電材料等),通過印刷或涂布技術,代替傳統半導體工藝/真空工藝來制作顯示器。

  目前主要應用方向是印刷OLED/印刷QLED;未來,TFT陣列也可采用印刷工藝來制作。

  同時,印刷與柔性是一對天生的孿生兄弟,兩者可完美結合,最終實現Roll-To-Roll(卷對卷)的柔性印刷顯示技術,像印報紙一樣制造顯示屏。

  印刷OLED 技術難點

  雖然印刷OLED 的前景非常具有吸引力,但目前離量產仍有一段路要走,還要解決很多技術難點,其主要來自于工藝穩定性的壓力,可分為以下三方面。

  1墨水

  墨水的穩定性是印刷制成的關鍵因素,且除去其自身性質變化因素外,影響墨水穩定性的較大的因素是氣泡。假設現有廠商能穩定且大量提供無雜質墨水的前提下,墨水在運輸、灌入過程中會引入氣泡,而如何去除氣泡暫時還沒有良好的解決方法。

  常規實驗室工藝為將墨水長時間負壓靜置,以便較大氣泡上浮至表面破裂。這種處理方法在工業上是否適用有待考證。同時靜置法能去除較大的氣泡,但是較小的氣泡能夠存在于液體中很長時間。

  考慮到常用工業用噴頭單次出墨量為10pl,則其噴頭尺寸一般為20-30 um。則整個打印系統對微小氣泡異常敏感。

  氣泡的存在不僅僅會存在氣栓現象,影響墨水的流動;同時因為氣泡可以移動和壓縮,則其會在噴墨頭內游動,造成單噴頭或多噴頭的出墨不穩或無法出墨現象。

  2噴頭

  除去在小型研發機臺上部分會采用單噴頭單噴嘴系統外,在中型平臺以上一般均會采用單噴頭多噴頭嘴系統。該噴頭可以在印刷過程中用多噴頭進行噴印,從而在提高生產效率的前提下,能夠達到均化每個像素點內墨水體積的作用。

  印刷上的穩定性體現在為噴頭的穩定性。

  與蒸鍍不同,一般在印刷工藝前會對噴頭進行校準,其后再進行印刷。但是印刷過程中無法對噴頭狀態進行觀測(出墨速度快,需要專用高速攝像頭延時抓拍),則一旦噴印中1 個噴頭出現故障,則其不僅僅影響1 個像素,而是會影響1 列、甚至多列像素。

  比如因為出墨較少導致功能層較薄,導致屏幕出現Mura(部分可通過TFT調節),或者印刷EML時偶然歪斜,出現紅綠像素混色現象(混色會連續性出現,之間影響整體印刷效果)。

  3成膜

  成膜亦是溶液法印刷的難點之一。墨水在印刷上去時已然在表面開始揮發,一般墨水邊緣揮發速度較快,則會出現咖啡環現象。

  該現象在實驗室中已經有較為成熟的解決方案。但實驗室僅對30 mm x 30 mm大小的基板進行測試,現在面臨的難點是對于大尺寸面板的干燥問題。

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