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柔性OLED很火!印刷OLED技术的工艺、难点你也应该深入了解

编辑:songqiuxia2017-11-22 09:04 浏览评论 评论0 赞    来源: 互联网

  在今年Q2,JOLED宣布,已研发出全球首款采用印刷式技术的4KOLED 面板产品,该面板产品尺寸为21.6 英寸,已于 4 月开始提供样品给医疗用显示器使用,之后计划将应用对象扩大至电视、游戏机等用途。

  目前“印刷显示技术”仅能实现部分印刷显示器件,即实现了OLED材料的印刷,但在TFT背板的印刷上尚未形成突破。

  与传统的蒸镀工艺相比,印刷式具有工艺简单、成本低廉、材料利用率高和更适合大尺寸面板的优点,一旦印刷OLED 跨越了量产的瓶颈,将迎来极大的发展机遇。

  “印刷”和“蒸镀”

  OLED 的发光原理是在ITO 玻璃上制作一层几十纳米厚的发光材料——也就是人们通常所说OLED 屏幕像素自发光的材料,发光层上方有一层金属电极,电极加电压,发光层产生光辐射;从阴阳两级分别注入电子和空穴,被注入的电子和空穴在有机层传输,并在发光层复合,激发发光层分子产生单态激子,单态激子辐射衰减发光,从而形成一个个的像素点。

  发光材料在OLED 像素化的过程中起着至关重要的作用,目前其制造方法可分为蒸镀印刷两种。

  蒸镀,是真空中通过电流加热,电子束轰击加热和激光加热等方法,使被蒸材料蒸发成原子或分子,它们随即以较大的自由程作直线运动,碰撞基片表面而凝结,形成薄膜。

  印刷显示,就是使用印刷方式制作显示器的有机材料膜层。具体而言,就是通过喷墨印刷设备上的多个印刷喷头,将不同颜色的聚合物发光材料溶液精确的沉积在ITO 玻璃基板的隔离柱槽中,溶剂挥发后会形成100 纳米左右厚度的薄层,构成可发光的像素。

  印刷工艺相对于蒸镀工艺有以下优势:

  1.工艺更加简单;

  2.有机发光材料蒸发效率更高,材料利用率而蒸镀时有机材料气体无差别沉积在玻璃基板上,材料利用率低。

  3.更容易处理大型基板,尤其是Gen8 及以上尺寸面板;而蒸镀受限于设备与技术,很难制作大尺寸精细金属掩模板,导致该工艺无法应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 就比蒸镀技术节省90%左右。

  蒸镀工艺印刷工艺

  材料固体小分子溶液

  工艺难度复杂简单

  材料使用效率10-20%80-90%

  适用产品规格中小尺寸大尺寸,尤其是Gen8 及以上尺寸

  制造成本昂贵便宜

  印刷OLED 发展

  材料方面,德国默克、美国杜邦、英国剑桥显示以及日本住友化学等公司不仅拥有大量的专利,也建立了相应的生产线。

  而5 月17 日日本JOLED 发布的首款印刷4K OLED 面板产品,并计划2018 年初开卖,也标志着印刷OLED 技术正在加速走向商业化。

  我国印刷 OLED 显示材料方面,华南理工大学、中国科学院长春应用化学研究所、天津大学分别在荧光材料、磷光材料和载流子传输材料方面在国内外发表大量的相关研究工作。

  华南理工大学基于自主发展的聚合物发光材料及印刷阴极材料,成功制备了首个全喷墨打印的彩色显示器件,从原理上实现了全印刷技术器件。

  国内印刷 OLED 显示存在的主要问题在于材料厂商的参与缺位,优势技术集成度低,这成为我国印刷OLED 显示产业发展迟滞的主要原因。 

      

  印刷OLED 专利(部分)

  在OLED领域中,通过印刷显示技术替代原有有机材料蒸镀的工艺。此种方式确实能大大提升材料利用效率,并且预期未来将有助于降低显示屏制造的直接成本。

  但相比蒸镀方法,打印技术目前在器件最终光效、高分辨率图形化等方面还存在差距,需要进一步提升才能达到生产水平。

  印刷显示是采用可溶液化加工的有机、无机、纳米功能材料(包括金属、半导体、电介质、光电材料等),通过印刷或涂布技术,代替传统半导体工艺/真空工艺来制作显示器。

  目前主要应用方向是印刷OLED/印刷QLED;未来,TFT阵列也可采用印刷工艺来制作。

  同时,印刷与柔性是一对天生的孪生兄弟,两者可完美结合,最终实现Roll-To-Roll(卷对卷)的柔性印刷显示技术,像印报纸一样制造显示屏。

  印刷OLED 技术难点

  虽然印刷OLED 的前景非常具有吸引力,但目前离量产仍有一段路要走,还要解决很多技术难点,其主要来自于工艺稳定性的压力,可分为以下三方面。

  1墨水

  墨水的稳定性是印刷制成的关键因素,且除去其自身性质变化因素外,影响墨水稳定性的较大的因素是气泡。假设现有厂商能稳定且大量提供无杂质墨水的前提下,墨水在运输、灌入过程中会引入气泡,而如何去除气泡暂时还没有良好的解决方法。

  常规实验室工艺为将墨水长时间负压静置,以便较大气泡上浮至表面破裂。这种处理方法在工业上是否适用有待考证。同时静置法能去除较大的气泡,但是较小的气泡能够存在于液体中很长时间。

  考虑到常用工业用喷头单次出墨量为10pl,则其喷头尺寸一般为20-30 um。则整个打印系统对微小气泡异常敏感。

  气泡的存在不仅仅会存在气栓现象,影响墨水的流动;同时因为气泡可以移动和压缩,则其会在喷墨头内游动,造成单喷头或多喷头的出墨不稳或无法出墨现象。

  2喷头

  除去在小型研发机台上部分会采用单喷头单喷嘴系统外,在中型平台以上一般均会采用单喷头多喷头嘴系统。该喷头可以在印刷过程中用多喷头进行喷印,从而在提高生产效率的前提下,能够达到均化每个像素点内墨水体积的作用。

  印刷上的稳定性体现在为喷头的稳定性。

  与蒸镀不同,一般在印刷工艺前会对喷头进行校准,其后再进行印刷。但是印刷过程中无法对喷头状态进行观测(出墨速度快,需要专用高速摄像头延时抓拍),则一旦喷印中1 个喷头出现故障,则其不仅仅影响1 个像素,而是会影响1 列、甚至多列像素。

  比如因为出墨较少导致功能层较薄,导致屏幕出现Mura(部分可通过TFT调节),或者印刷EML时偶然歪斜,出现红绿像素混色现象(混色会连续性出现,之间影响整体印刷效果)。

  3成膜

  成膜亦是溶液法印刷的难点之一。墨水在印刷上去时已然在表面开始挥发,一般墨水边缘挥发速度较快,则会出现咖啡环现象。

  该现象在实验室中已经有较为成熟的解决方案。但实验室仅对30 mm x 30 mm大小的基板进行测试,现在面临的难点是对于大尺寸面板的干燥问题。

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