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OLED印刷材料及现状分析

编辑:chinafpd 2017-08-29 09:08:39 浏览:1107  来源:未知

  目前,印刷OLED工艺仅指以印刷的方式制作功能层,如空穴/电子传输和EML等,电极依然以蒸镀方式制作。

  对于OLED来说,想要真正实现印刷显示,就要解决发光显示器件全生产过程的印刷工艺,包括TFT、透明导电层、发光层、各种功能膜层等都要实现印刷工艺。

  历程

  1977年,Ziegler-Natta被合成了导电高分子聚乙炔。

  1977年,Heeger、Macdiarmid和Shirakawa用Ziegler-Natta催化合成了导电高分子聚乙炔,这一原创性的工作揭示了有机材料导电的事实:经过适当的掺杂,有机高分子是可以导电的。因此此三人获得了2000年的诺贝尔化学奖,而印刷电子学技术也从此发展起来。

  1998年,Yang等人在SID会议上展出了使用喷墨打印技术制备聚合物PLED器件,同年11月他们又使用喷墨打印技术成功制备出双色PLED器件。

  1999年Seiko Epson与CDT合作在美SID上展示第一台采用喷墨打印技术制造的PLED全彩显示器,16灰阶可显4096色,达120ppi,采用主动式TFT驱动。

  日本住友化学2013年研发出利用喷墨法(印刷方式)生产高分子OLED面板的技术,藉由该技术可生产出解析度达423ppi的OLED面板(使用370x470mm尺寸的玻璃基板),其解析度已接近藉由「蒸镀生产技术(在玻璃基板上蒸镀红绿蓝有机材料)」所生产的OLED面板。

  印刷显示材料

  随着OLED技术和产业的发展,印刷电子在材料和装备方面拥有更好的积累和发展基础,应用以及工艺均获得了较快的发展。

  印刷显示材料是印刷电子学的其中一大支柱。

  印刷显示材料不只是有机发光材料,还有金属材料、无机材料。目前以金属浆料较为成熟,但主要仍限于银和铜材料。

  高质量印刷 OLED 显示面板要求红、绿、蓝三色显示像素具有良好的发光性能和较长的运行寿命。

  而高效率、长寿命 OLED 器件多采用自上而下层层堆积的多层结构,通过电子、空穴传输层来调节电子、空穴注入迁移,实现器件内部的载流子平衡。

  目前市售的发光材料、载流子传输材料多是针对蒸镀工艺开发的小分子芳香化合物。

  直接应用于印刷工艺存在溶解性差、成膜性差、容易结晶等问题,单通过印刷工艺的改进,也难以得到高质量的 OLED刷工艺开发发光材料、载流子传输材料和电极材料,以及各个功能层的印刷墨水等关键材料。

  发光材料

  目前磷光器件主要采用主体-客体混合型发光层,其中客体材料多为小分子金属配合物,而主体材料则多是一些小分子芳香杂环化合物或芳香杂环聚合物。这类材料在印刷 OLED 显示点阵制备过程中容易出现结晶析出问题,影响发光效率。

  针对印刷工艺对溶解性和成膜性的要求,利用增溶基团修饰的小分子发光核和主体材料/磷光发光中心一体化的树枝状分子设计思想来解决上述问题,实现高效印刷型红、绿磷光材料。

  蓝光器件由于需要宽带隙材料,难以利用三线态发光。而单线态激子的利用率仅为 25%,这使得蓝光器件的性能远远落后于红、绿光器件。由此可见,实现高效率印刷 OLED 显示,需要提高蓝光器件的发光效率,特别是突破25%,的激子利用率。目前热活化延迟荧光(TADF)、杂化局域电荷转移(HLCT)等理论已提出,通过上转换或电荷转移态发光来提高三线态激子的利用率。

  载流子传输材料

  高效率 OLED 显示器件仍需要通过多层器件构造实现,空穴传输层、电子传输层也是必不可少的。因此,用自下而上层层堆积的方法,利用喷墨打印制备多层器件过程中,不可避免地造成界面破坏。

  此外,传输层的热稳定性也是影响 OLED 器件寿命的关键因素之一。

  可控交联空穴传输材料和增溶基团修饰电子传输材料可以实现空穴传输层和发光层、发光层和电子传输层界面的精确调控,从而实现器件内部载流子注入、传输平衡。

  这是提高印刷 OLED 显示面板效率和寿命的关键。

  印刷墨水

  墨水在不同基底上的流变特性是印刷 OLED 像素点的微观形貌和质量的决定因素。

  而墨水的流变特性和稳定性取决于墨水粘度、表面张力,打印材料的分子结构、分子量、增溶基团等。

  因此,通过印刷墨水流变特性的研究,通过墨水复合组分调配与喷墨打印工艺协同控制技术,攻破“咖啡环”效应,实现OLED 像素的高质量喷墨打印。

  墨水成膜过程控制

  喷墨打印OLED显示屏的溶液主要是由光电材料和溶剂等组成。需要从流体特性、铺展程度和干燥成膜几个过程考虑墨水的配制。

  墨水在像素坑中铺展的理想情况是,液体与像素坑基板接触角小,同时与像素边沿接触角大,以保证液体在像素坑之内不会溢出。

  对于聚合物墨水来说溶质含量越高墨水粘度越大,对于小分子来说,溶质含量对溶液粘度的影响很小,一般通过选择高粘度溶剂和加入添加剂等方式提高溶液的粘度。

  一般通过选择高粘度溶剂和加入添加剂等方式提高溶液的粘度,溶剂的沸点和表面张力决定墨水的干燥速率及其对基板的润湿性,所以需要选择物理性质适当的溶剂,达到控制溶质在像素坑中的成膜形貌的目的。

  印刷电极材料

  高效率印刷 OLED 显示的阴极印刷工艺,需要解决银纳米线电极与电子传输层之间的电子注入,以及与作为驱动的薄膜场效应管的直接接触问题。

  研电极的批量化制备工艺是解决这一问题的关键。

  关键材料批量制备

  国内在印刷 OLED 显示材料方面的研究并不落后,但是多局限于实验水平,无法为进一步的配方、工艺研究提供支撑。

  目前国内的 OLED 材料供应厂商虽然近些年来发展速度不慢,成为日韩 OLED 生产企业的供应商,但是与国外的 OLED 材料生产企业,如美国杜邦、德国默克、韩国 LG 化学、日本住友化学等相比,无论是材料、研发能力、专利保有量等都有较大的差距。

  因此将国内OLED 材料生产企业与国内研究机构紧密结合、无缝对接,通过新型合成方法研究,以发光材料为重点,突破印刷 OLED 显示材料的批量制备技术,可以为器件的规模化生产奠定基础。

  难点

  针对印刷 OLED 面板的制备工艺,高质量 OLED 面板需要克服的难点主要为:

  如何在不同材质基底上实现高质量印刷像素点

  如何实现高质量多层像素点的印刷

  如何提高功能材料的溶解度和成膜性

  如何提高材料的热稳定性

  高质量印刷 OLED显示关键材料

  印刷技术为何倍受青睐?

  1印刷技术可用于、并已经规模化用于触控面板产品上,比如纳米银线触控面板的卷对卷印刷工艺,金属网格触控面板也可以采用印刷工艺制备。2石墨烯、碳纳米管等新兴薄膜网状导电材料,也可以采用印刷工艺制备。这些产品在触控行业有低成本、可大尺寸化及可柔性化等优势。3传统触控面板材料主要是ITO,这种材料的缺点是太脆——不适合未来柔性显示的发展趋势。在导电结构长度增加时,灵敏性大幅降低,无法大规模经济制备几十英寸大小的触摸屏。

  难点

  以新技术生产大尺寸OLED屏,需要在8.5代以上喷墨印刷设备、可溶性OLED材料及墨水、喷墨印刷技术、薄膜封装技术、氧化物TFT背板技术以及驱动补偿技术等等实现全产业链的突破。#p#分页标题#e#

  打印工艺中最关键的设备尚无法量产。

  布局近况

  国内方面,2016年,TCL联合国内多家企业成立的“广东聚华印刷显示技术有限公司”,与全球最大的液晶材料提供商德国默克集团在香港签订战略合作协议,双方将共同发展喷墨印刷的OLED材料及喷墨印刷工艺技术。

  同年,广东聚华印刷显示技术有限公司宣布与美国 杜邦、日本住友化学、日产化学及美国柯狄等世界顶尖企业签订战略合作协议,上述公司将全力支持聚华在印刷OLED技术开发中的材料以及工艺需求,为聚华量 身定制相关研发设备,为聚华在印刷OLED技术领域的研发护航。

  今年年初京东方发布公告称,公司和合肥新站高新技术产业开发区管委会、合肥市产业投资控股(集团)有限公司及合肥市创业投资引导基金有限公司签署了《合肥打印OLED项目投资协议》。项目内容围绕建设OLED技术平台展开,该平台总投资额约10亿元,项目资金主要用于新增打印、蒸镀等设备费用及开放与运营费用。

  三星和LG也在近两年积极引进喷墨印刷制程,他们规划在2017年开始启动示范产线,提升OLED显示器产能。若产线顺利启动,将加速OLED产品的普及。

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