劉迪萱， 鐘錦耀， 唐 彪， 曹秀華， 許 偉，周尚雄， 史沐楊， 姚日暉， 寧洪龍*， 彭俊彪

(1. 廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，廣東 廣州 510006；2. 華南理工大學(xué) 高分子光電材料及器件研究所，發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；3. 華南師范大學(xué) 華南先進(jìn)光電子研究院, 廣東省光信息材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，彩色動(dòng)態(tài)電子紙顯示技術(shù)研究所, 廣東 廣州 510006；4. 新型電子元器件關(guān)鍵材料與工藝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 肇慶526020)

1 引 言

在信息化時(shí)代，顯示技術(shù)作為人機(jī)交互最重要的手段在人們的生活中隨處可見(jiàn)且不可或缺。顯示技術(shù)從早期顯像管(CRT)發(fā)展到近現(xiàn)代液晶(LCD)，以及如今有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)[1-2]。目前大尺寸顯示屏如電視等仍以成本較低的LCD顯示屏為主，而小尺寸顯示屏如手機(jī)等則廣泛使用OLED顯示屏。韓國(guó)LG、三星等相繼關(guān)停LCD并升級(jí)OLED生產(chǎn)線，未來(lái)OLED發(fā)展是大勢(shì)所趨[3-5]。

與LCD顯示屏相比，OLED顯示屏具有更薄，更清晰，刷新速度更快，無(wú)需背光源，可柔性制備等優(yōu)點(diǎn)[6-10]；目前曲面屏和折疊屏手機(jī)等均使用柔性O(shè)LED顯示屏。但OLED的柔性可靠性和真空高制備成本阻礙了其進(jìn)一步發(fā)展[10-12]，因此本文重點(diǎn)對(duì)當(dāng)前的柔性O(shè)LED與印刷OLED的現(xiàn)狀和進(jìn)展進(jìn)行了介紹，并對(duì)其未來(lái)前景進(jìn)行了展望。

2 柔性O(shè)LED

柔性O(shè)LED具有可折疊、質(zhì)量輕、外形薄、成本低、性能優(yōu)越的特點(diǎn)，可通過(guò)噴墨打印等工藝大面積低成本制備。其在可穿戴設(shè)備、可折疊電子設(shè)備等領(lǐng)域前景廣，但彎曲折疊易導(dǎo)致其性能損耗，制備工藝與柔性材料仍需優(yōu)化。華南理工大學(xué)與廣州新視界公司合作研發(fā)的柔性O(shè)LED顯示屏如圖1所示。

圖1 柔性O(shè)LED顯示器件

柔性O(shè)LED顯示屏包含驅(qū)動(dòng)電路柔性TFT，柔性O(shè)LED與柔性封裝膜等保護(hù)結(jié)構(gòu)。下面將介紹以上幾種柔性結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展。

2.1 柔性TFT

TFT是顯示器電路的重要組成部分。目前，TFT的研究主要集中在非晶硅薄膜晶體管(a-Si∶HTFT)、有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)、多晶硅薄膜晶體管(p-Si TFT)和金屬氧化物薄膜晶體管(MOTFT)等幾個(gè)方面[13]。

2.1.1 a-Si∶H TFT

非晶硅薄膜晶體管是技術(shù)較為成熟的薄膜晶體管，以低成本和大面積等優(yōu)勢(shì)，廣泛用于液晶顯示屏和平面攝像器件的地址矩陣。但其存在漂移嚴(yán)重和遷移率低等問(wèn)題，難以滿足高性能顯示需求。目前研究表明采用快速熱退火可有效改善電學(xué)特性漂移[14]，但性能上難以有較大突破。

2.1.2 OTFT

有機(jī)薄膜晶體管的優(yōu)點(diǎn)是：加工溫度低，兼容柔性基板，工藝簡(jiǎn)單，成本低[15-17]，材料來(lái)源廣泛，對(duì)環(huán)境友好。不足是界面缺陷濃度較高、遷移率較低、穩(wěn)定性差，彎曲形變時(shí)大量殘留應(yīng)力積累會(huì)影響其機(jī)械穩(wěn)定性和電學(xué)性能[18]。有機(jī)薄膜晶體管與柔性O(shè)LED有良好適用性，具有較高的應(yīng)用前景，但目前性能較差，技術(shù)尚不完善，相應(yīng)的研究較少。

2.1.3 p-Si TFT

多晶硅薄膜晶體管相對(duì)于α-Si∶H TFT，具有遷移率較高、穩(wěn)定性良好、源漏電流表現(xiàn)出較佳場(chǎng)效應(yīng)和易于集成等優(yōu)點(diǎn)[19-20]。柔性低溫多晶硅(LTPS)TFT雖然遷移率較高，但是因?yàn)楣に嚵鞒虖?fù)雜，成本高，良品率低且器件的均勻性等較差[21-24]，限制了多晶硅薄膜晶體管在柔性大面積OLED中的應(yīng)用。1997年，YOUNG等通過(guò)激光退火技術(shù)成功制備柔性多晶硅TFT[21]。2006年，使用了全p-Si TFT背板的柔性全彩OLED顯示器首次面世[22]。

2.1.4 MOTFT

金屬氧化物薄膜晶體管(MOTFT)具有高載流子遷移率、高透明度、穩(wěn)定性和均勻性良好、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、工藝流程簡(jiǎn)單、成本低、可低溫制備等優(yōu)點(diǎn)，適用于大尺寸生產(chǎn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)柔性有機(jī)發(fā)光二極管OLED顯示有著重大的意義[22-26]。2004年，日本細(xì)野俊雄首次在室溫下成功制備柔性InGaZnO(IGZO)TFT[27]。目前，金屬氧化物半導(dǎo)體已經(jīng)有非常多的種類，例如，InGaZnO、InSnZnO、InZnO、InNdO等。2018年，華南理工大學(xué)制備了硅與金屬氧化物融合的柔性MOTFT，在彎曲狀態(tài)下仍具有良好的電學(xué)性能[28]。

目前，a-Si∶H TFT與OTFT由于遷移率低等問(wèn)題，無(wú)法適應(yīng)柔性顯示器的高性能要求。p-Si TFT遷移率較高，但成本較高且穩(wěn)定性差。MOTFT具有遷移率高、均勻性好、可見(jiàn)光透明度高、與現(xiàn)有TFT制造技術(shù)兼容成本低和制備溫度低等優(yōu)點(diǎn)，可滿足人們對(duì)大尺寸、高分辨和柔性顯示等技術(shù)需求，成為柔性電子和顯示器的重點(diǎn)研究方向。

2.2 柔性O(shè)LED

柔性O(shè)LED器件由柔性襯底、柔性電極、傳輸層和發(fā)光材料構(gòu)成。剛性O(shè)LED的傳輸層[29]、發(fā)光材料可與柔性O(shè)LED兼容。本文將介紹柔性襯底與柔性電極這兩種與剛性O(shè)LED差異較大的結(jié)構(gòu)。

2.2.1 柔性襯底

由于柔性O(shè)LED各功能層是柔性的，作為研發(fā)柔性顯示的基礎(chǔ)，柔性襯底需遵循可彎曲成任意形狀的標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)柔性顯示[30]。目前，柔性襯底一般分為4大類：聚合物材料襯底、金屬箔片襯底、超薄玻璃襯底、紙質(zhì)襯底。

聚合物襯底是目前研究中最為熱點(diǎn)的襯底。聚合物襯底透光性良好且成本低，但是熱穩(wěn)定性較差，在高溫制備的過(guò)程中容易變形，且對(duì)水氧的阻隔能力差，通常需要結(jié)合隔水氧的封裝膜使用。最常用的柔性聚合物襯底為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)[31]、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)[32]、聚酰亞胺(PI)[33]。其中，PET成本低最低，PEN則更為光滑、柔韌度和電學(xué)性能兼顧[34]；PI在高溫中仍能保持良好的穩(wěn)定性[33]且耐彎曲、耐水解、耐腐蝕、耐輻射。但透明度較差且其表面光滑程度不夠理想，導(dǎo)致襯底上的多層薄膜容易產(chǎn)生缺陷，影響器件性能[33]?，F(xiàn)在市面上所使用的柔性屏手機(jī)所使用的柔性襯底多為PI襯底。

金屬箔片襯底的耐受溫度高，其水、氧阻隔性能基本達(dá)到柔性O(shè)LED器件的制作要求，金屬箔片厚度在小于0.1 mm時(shí)有較高的機(jī)械強(qiáng)度。然而金屬的不透光限制了其在透明柔性顯示中的應(yīng)用。其次，由于金屬襯底表面粗糙度較大，必須在表面鍍制二氧化硅等薄膜作為緩沖層來(lái)覆蓋掉金屬箔表面的凹凸不平，但這增加了襯底的厚度，會(huì)降低可彎曲程度。此外，金屬箔片襯底還存在電容耦合效應(yīng)、與TFT器件化學(xué)物質(zhì)兼容等問(wèn)題，實(shí)用性較差。

超薄玻璃襯底是較為新穎的柔性襯底，具有良好的可見(jiàn)光通透性和水、氧阻隔性能、熱穩(wěn)定性，表面光潔度高并且絕緣。但是滿足厚度標(biāo)準(zhǔn)后柔韌性會(huì)變差，也很脆弱，外界產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)使其產(chǎn)生裂痕，超薄玻璃的邊緣部位在切割時(shí)容易破損。2012年，美國(guó)康寧公司生產(chǎn)出厚度為0.1 mm的超薄玻璃材料。2015年，中國(guó)蚌埠玻璃工業(yè)研制出厚度為0.2 mm的超薄玻璃材料。最近三星發(fā)布的Galaxy Z Flip手機(jī)使用了30 μm的超薄柔性玻璃作為顯示屏襯底。

圖2 透明化柔性納米紙材料[38]

紙質(zhì)襯底作為近幾年引起廣泛關(guān)注的柔性襯底材料，其優(yōu)勢(shì)在于成本低廉、質(zhì)地輕薄，能達(dá)到彎曲折疊、循壞使用的效果，對(duì)發(fā)展柔性顯示起到重要意義。此外，印刷過(guò)程中紙質(zhì)襯底的多孔性使其能良好地附著在材料上，以提高靈敏度。作為新時(shí)代的產(chǎn)品，紙質(zhì)襯底對(duì)環(huán)境友好[35]，符合當(dāng)今環(huán)保的主題。但是紙質(zhì)襯底表面形貌粗糙、耐熱耐化學(xué)性能較差、使用壽命較低。紙質(zhì)襯底技術(shù)尚不成熟，距離實(shí)際應(yīng)用還有較大距離。2012年，YOON等成功在紙上制備亮度達(dá)2 200 cd/m2的柔性O(shè)LED器件[36]。2017年，華南理工大學(xué)成功制備高性能納米紙，并在其上制備高性能TFT器件[37]。

2.2.2 柔性電極

柔性電極是柔性O(shè)LED的核心部分，需要滿足一定條件的透明度、導(dǎo)電性和柔性。柔性電極主要分為：透明導(dǎo)電氧化物薄膜電極、碳基材料電極、金屬電極和導(dǎo)電聚合物薄膜電極[30]。

金屬電極是傳統(tǒng)的電極材料，也是幾種電極之中導(dǎo)電效果最好的電極材料。金屬電極涵蓋了超薄金屬薄膜電極、金屬網(wǎng)格電極和金屬納米線電極等[28]。透過(guò)率低是金屬電極廣泛應(yīng)用的最大難題。超薄金屬電極通過(guò)減少厚度提高透過(guò)率，但其導(dǎo)電性與透過(guò)性難以同時(shí)保證，難以滿足目前高清柔性顯示屏的需求。金屬網(wǎng)格電極在彎曲性、導(dǎo)電性以及透光性方面性能良好，但在彎曲時(shí)容易脫落。金屬納米線電極的光電學(xué)和機(jī)械性能優(yōu)越，但納米線的堆疊使其表面粗糙且與柔性襯底粘附較差。

透明導(dǎo)電氧化物薄膜電極憑著其優(yōu)越的導(dǎo)電性與透過(guò)率正廣泛應(yīng)用于OLED領(lǐng)域中。其中包含了氧化銦錫(ITO)電極、AZO薄膜電極、氧化銦鋅(IZO)薄膜電極等。ITO電極是較為成熟的透明導(dǎo)電電極，有著良好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和光學(xué)透明性，具有很高的實(shí)用價(jià)值，在柔性顯示領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。但氧化物薄膜電極難以使用卷對(duì)卷大面積生產(chǎn)。2010年，JEONG等將AZO作為電極結(jié)合PET襯底制備柔性O(shè)LED[39]。2013年，KWAW等以IZO為電極制備柔性O(shè)ELD[40]。2017年，F(xiàn)URUKAWA等在超薄玻璃襯底使用卷對(duì)卷技術(shù)沉積ITO電極并制備柔性O(shè)LED[41]。

碳基材料電極具有良好的電學(xué)與力學(xué)特性，可以大規(guī)模應(yīng)用于柔性O(shè)LED中[42]，前景良好。常見(jiàn)的碳基電極材料包括：石墨烯、碳納米管。盡管碳基材料電極可卷對(duì)卷大規(guī)模生產(chǎn)，但表面電阻較ITO電極高。2010年，HU等使用經(jīng)修飾的碳納米管為陽(yáng)極制備了最大亮度達(dá)1 000 cd/m2的柔性熒光OLED[43]。2013年，LI等使用單層石墨烯制備了綠光磷光OLED與白光OLED[44]。

導(dǎo)電聚合物薄膜電極因可旋涂制備，導(dǎo)電性與透光性良好，已成功作為電極應(yīng)用于柔性器件中。其中最常用的聚合物電極材料為PEDOT∶PSS。PEDOT∶PSS是導(dǎo)電性良好、透光性強(qiáng)的凝膠體系，在柔性電極中具有大好發(fā)展前景，但目前其導(dǎo)電率對(duì)比ITO等電極仍有較大差距。

2.3 保護(hù)及封裝

盡管柔性器件可彎折性能好，但過(guò)度彎折容易損傷OLED的各層結(jié)構(gòu)。所以提升柔性O(shè)LED的彎曲性能非常重要?？蒲腥藛T通常通過(guò)調(diào)節(jié)中性層改善其彎曲性能。發(fā)光材料等容易受水氧影響，超薄玻璃襯底可以有效隔絕水氧，可以不額外增加封裝結(jié)構(gòu)。但目前市面上常用的聚合物襯底對(duì)水氧隔絕性能較差，需要增加隔絕水氧的封裝結(jié)構(gòu)以提高OLED壽命。

2.3.1 中性層處理

目前，中性層處理作為柔性O(shè)LED一種新設(shè)計(jì)是為了盡量減輕加工和變形中的應(yīng)力作用，因此控制中性層位置是調(diào)節(jié)OLED各層的應(yīng)力受力情況，增強(qiáng)柔性O(shè)LED的彎折性能。2009年，CHIANG等通過(guò)公式推導(dǎo)中性層位置，并通過(guò)調(diào)節(jié)玻璃與PET襯底厚度，降低ITO層的所受應(yīng)力[45]。2016年，NIU等通過(guò)調(diào)節(jié)柔性O(shè)LED各結(jié)構(gòu)層的光學(xué)粘合膠厚度調(diào)節(jié)中性層位置，減少易碎無(wú)機(jī)層的所受應(yīng)力，提升柔性O(shè)LED整體彎曲性能[46]。

2.3.2 封裝膜

傳統(tǒng)OLED封裝膜使用玻璃為底板，金屬或玻璃為蓋板，但因?yàn)椴Ａc金屬?gòu)澢阅懿?，與柔性O(shè)LED不兼容。因?yàn)闊o(wú)機(jī)薄膜水氧隔絕能力較好，初期被應(yīng)用于柔性O(shè)LED封裝，但無(wú)機(jī)薄膜較脆且表面性能較差，單層與多層無(wú)機(jī)薄膜水氧隔絕性能仍不符合商業(yè)要求。為了兼顧柔性與水氧隔絕能力，當(dāng)前多使用有機(jī)無(wú)機(jī)疊層封裝。2004年，SCHAEPENS等提出了多種疊層膜封裝結(jié)構(gòu)用于柔性O(shè)LED封裝[47]。2017年，WEIJER等制備了無(wú)機(jī)氮化硅/丙烯酸酯/無(wú)機(jī)氮化硅疊的三疊層封裝結(jié)構(gòu)，在減少疊層數(shù)量的同時(shí)提升了薄膜的封裝性能[48]。目前，美國(guó)Vitex System公司與韓國(guó)三星公司均對(duì)疊層封裝技術(shù)進(jìn)行了大量研究與應(yīng)用。

3 噴墨打印OLED

噴墨打印是一種非真空、非接觸、低成本、直接圖形化的薄膜沉積技術(shù)。與傳統(tǒng)的蒸鍍工藝相比，它所需的材料和能量少，加工步驟簡(jiǎn)單，與柔性大尺寸顯示的快速制造相適應(yīng)。目前大尺寸高分辨的印刷OLED已初步實(shí)現(xiàn)。Hebner等在1998年首次使用噴墨打印與旋涂工藝結(jié)合制備彩色OLED顯示屏[49]。華南理工大學(xué)在2013年制備出全球第一塊全印刷彩色OLED顯示屏[50]。2018年，京東方成功使用噴墨打印技術(shù)研制出139.7 cm(55 in)、清晰度達(dá)4K的OLED顯示屏，并在2020年研制出清晰度達(dá)8K的印刷OLED顯示屏[51]，如圖3所示。2019年，日本JOLED建成第一條噴墨打印OLED生產(chǎn)線，并已向醫(yī)療器械供貨，但產(chǎn)能有限。目前，噴墨打印技術(shù)仍存在不少問(wèn)題，限制了其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展：(1)產(chǎn)業(yè)化的噴墨打印設(shè)備尚不完善，需開(kāi)發(fā)更適用于產(chǎn)業(yè)化的打印設(shè)備；(2)印刷OLED成膜時(shí)容易出現(xiàn)“咖啡環(huán)”，需要優(yōu)化打印墨水與后處理過(guò)程；(3)OLED顯示的分辨率還有待提高，需要對(duì)像素結(jié)構(gòu)進(jìn)一步研究。針對(duì)上述噴墨打印OLED的問(wèn)題，本文討論了相關(guān)的研究進(jìn)展。

圖3 京東方139.7 cm(55 in)8K AMOLED噴墨打印顯示樣機(jī)

3.1 打印設(shè)備

噴墨打印技術(shù)可分為連續(xù)噴墨打印、按需噴墨打印、氣溶膠噴墨打印、電流體動(dòng)力噴墨打印等[52]，如圖4所示。因連續(xù)噴墨打印液滴較大、不利于精細(xì)化調(diào)控，較少用于電子器件的制備。按需噴墨打印是常用的電子器件打印設(shè)備，根據(jù)

圖4 (a)壓電式噴墨打?。?b)氣溶膠式噴墨打?。?c)電流體動(dòng)力噴墨打印。

噴嘴結(jié)構(gòu)可分為壓電式和熱發(fā)泡式。電流體動(dòng)力噴墨打印通過(guò)高電壓形成泰勒錐，使液滴呈線狀噴出。電流體動(dòng)力噴墨打印的打印精度高，對(duì)墨水的電學(xué)性能有要求，通常用于導(dǎo)電層的打印。以上幾種打印技術(shù)各有優(yōu)劣，如表1所示。所以，未來(lái)噴墨打印設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)是多噴頭多打印技術(shù)集成或發(fā)展新型打印技術(shù)。

3.2 打印墨水

噴墨打印需要將打印材料溶解于溶劑中形成打印墨水，并通過(guò)噴墨打印機(jī)將墨水滴于基底上。

表1 3種噴墨打印技術(shù)對(duì)比

在噴墨打印OLED過(guò)程中，打印墨水的表面張力、慣性力、粘度都能影響墨水成膜質(zhì)量，從而影響OLED的性能。所以，開(kāi)發(fā)高性能打印墨水是實(shí)現(xiàn)噴墨打印OLED產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

3.2.1 發(fā)光材料墨水

第一代OLED發(fā)光材料為熒光材料，以單重態(tài)激子發(fā)光為主，因其內(nèi)量子效率最高值為25%，發(fā)光效率較低，逐漸被淘汰。第二代OLED發(fā)光材料為磷光材料[53]，能夠同時(shí)利用單重態(tài)激子與三重態(tài)激子發(fā)光，其內(nèi)量子效率(IQE)最高可達(dá)100%，外量子效率(EQE)可達(dá)20%，發(fā)光效率高。最近，Xing等研究關(guān)于Ir(mppy)3磷光小分子材料的噴墨打印OLED，獲得13 240 cd/m2的最大亮度[54]。2020年，華南理工大學(xué)研究了單溶劑Ir(MDQ)2(acac)磷光小分子材料，并用其制備最大電流效率為17.89 cd/A的噴墨打印OLED[55]。由于高效率磷光材料含有昂貴的稀有元素如銥或鉑，成本較高，人們研究了無(wú)需稀有金屬元素的第三代OLED發(fā)光材料：熱激活延遲熒光(TADF)材料。TADF材料利用三重態(tài)激子到單態(tài)激子的上轉(zhuǎn)換過(guò)程，使其IQE可以達(dá)到100%。2019年，Amruth等已成功使用噴墨打印制備以tBuG2TAZ為發(fā)光材料的TADF發(fā)光層，獲得6 900 cd/m2的最大亮度與18 cd/A的最大電流效率[56]。迄今為止，發(fā)光材料墨水向著成本更低、成膜更穩(wěn)定、光電性能更優(yōu)異的方向發(fā)展。

3.2.2 電極墨水

電極的導(dǎo)電性對(duì)OLED的性能影響極大，對(duì)于噴墨打印OLED而言，高性能導(dǎo)電墨水的開(kāi)發(fā)非常重要。常用的導(dǎo)電墨水包括氧化物墨水(如ITO等)[57-58]、碳墨水(如碳納米管、石墨烯等)[59-61]、金屬墨水(如金、銀等)[62-66]。其中，金屬油墨的導(dǎo)電性最好。最為常用的金屬油墨是銀墨水，銀墨水根據(jù)分散體系可分為銀納米顆粒墨水(SNP)與金屬有機(jī)分解型墨水(MOD)[67]。SNP墨水把銀納米顆粒分散于有機(jī)溶劑中，形成銀納米顆粒分散液。Tai等制備了固含量為20%的SNP墨水，通過(guò)噴墨打印與130 ℃退火處理獲得了導(dǎo)電率為6.6 μΩ/cm2的印刷電極[68]。MOD墨水由前驅(qū)體銀墨水和還原體系組成，經(jīng)過(guò)熱處理可生成銀薄膜。Walker等以醋酸銀為前驅(qū)體，制備了銀含量達(dá)22%的MOD墨水，通過(guò)噴墨打印與90 ℃退火處理獲得了導(dǎo)電率為1.6 μΩ/cm2的印刷電極[69]。

3.3 成膜處理

1997年，Deegan等發(fā)現(xiàn)在液滴成膜過(guò)程中，通常會(huì)出現(xiàn)“咖啡環(huán)”效應(yīng)[70]。因?yàn)橐旱吾斣吘壍娜軇┱舭l(fā)速率遠(yuǎn)大于液滴中心區(qū)域，溶劑從中心區(qū)域補(bǔ)充到邊緣，形成向外的毛細(xì)流動(dòng)，溶質(zhì)隨之被帶動(dòng)并聚集在邊緣形成咖啡環(huán)。如何解決“咖啡環(huán)”效應(yīng)是噴墨打印成膜過(guò)程中的最大難題。目前，抑制“咖啡環(huán)”效應(yīng)主要方法有：改變打印墨水的成分以增強(qiáng)Marangoni流、調(diào)控液滴的成膜過(guò)程(環(huán)境控制、基板調(diào)節(jié)等)以減弱液滴從內(nèi)向外的毛細(xì)流動(dòng)。

3.3.1 墨水調(diào)控

Marangoni流是指液體從液滴邊緣向中心的流動(dòng)[71]，增大Marangoni流可以有效抑制“咖啡環(huán)”效應(yīng)。采用高低沸點(diǎn)溶劑共混、添加表面活性劑等方法均可有效增強(qiáng)Marangoni流。2003年，Truskett等加入表面活性劑十五烷酸以形成Marangoni流[72]。2012年，Tim等添加表面活性劑十二烷基硫酸鈉使液滴內(nèi)部形成Marangoni渦旋，有效抑制“咖啡環(huán)”效應(yīng)[73]。2016年，Liu等將低沸點(diǎn)溶劑3,4-二甲基苯甲醚與高沸點(diǎn)溶劑對(duì)二甲苯混合以抑制“咖啡環(huán)”效應(yīng)[74]。

3.3.2 環(huán)境控制

研究人員認(rèn)為通過(guò)環(huán)境調(diào)控可以影響毛細(xì)流動(dòng)，從而調(diào)節(jié)液滴成膜形貌。2013年，Tokito等通過(guò)增加環(huán)境濕度以減少溶劑揮發(fā)，削弱毛細(xì)流動(dòng)從而抑制“咖啡環(huán)”效應(yīng)[75]。2017年，華南理工大學(xué)創(chuàng)新性地提出了一種使用“干燥微環(huán)境”的方法調(diào)節(jié)印刷薄膜的形態(tài)，通過(guò)添加框架圖形控制濕膜的固化過(guò)程中表面溶劑擴(kuò)散濃度，可以將印刷膜的形狀連續(xù)地從凹形調(diào)整為凸形[76]。

3.3.3 基板調(diào)節(jié)

另外，通過(guò)調(diào)節(jié)基板的溫度及親疏水性也可以影響毛細(xì)流動(dòng)，削弱“咖啡環(huán)”效應(yīng)。2004年，Ko等發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)基板疏水性可以抑制“咖啡環(huán)”效應(yīng)[77]。2008年，Soltman等研究發(fā)現(xiàn)降低基板溫度時(shí)，邊緣溶劑揮發(fā)速率比中心溶劑下降更多，從而減弱毛細(xì)流動(dòng)，抑制“咖啡環(huán)”效應(yīng)[78]。2016年，Cruz等通過(guò)二氧化硅修飾基板表面以減少液滴接觸角，提高噴墨印刷的成膜性能[79]。

3.4 像素排列

顯示屏中像素點(diǎn)的多少?zèng)Q定了其分辨率的高低。由于噴墨打印的噴頭與液滴體積大小的限制，使用傳統(tǒng)OLED像素排列的噴墨打印OLED分辨率通常低于200 ppi。所以采用新型像素排列方式是提高噴墨打印OLED分辨率的重要方法。

3.4.1 傳統(tǒng)OLED像素排列

最早使用的OLED像素排列方式是RGB排列。RGB排列將紅、綠、藍(lán)3種子像素的面積比例控制為1∶1∶1，如圖5(a)所示。但由于紅、綠、藍(lán)3種子像素的壽命有所差異，藍(lán)色子像素壽命最短，綠色子像素壽命最長(zhǎng)。為了克服這個(gè)困難，人們更換了新型Pentile排列，如圖5(b)所示。即以“藍(lán)綠”或“紅綠”為一個(gè)像素點(diǎn)，藍(lán)色與紅色子像素面積較大，綠色子像素面積較小，通過(guò)相鄰像素共享子像素的方法完成發(fā)光。

圖5 (a)傳統(tǒng)RGB排列；(b)Pentile排列。

圖6 (a)RRGB亞像素排列；(b)六邊形子像素排列。

3.4.2 噴墨打印新型像素排列

為提高噴墨打印OLED的分辨率，顯示公司紛紛研發(fā)了新的像素排列方法。在2019年SID研討會(huì)上，京東方公司公開(kāi)了RRGB特殊亞像素排列方法，如圖6(a)所示，并采用噴墨打印技術(shù)制作了分辨率高達(dá)402 ppi的13.97 cm(5.5 in)全高清(FHD，1 920×1 080)柔性O(shè)LED顯示器[80]。天馬微電子聯(lián)合廣東聚華公司研發(fā)了一種六邊形子像素排列，使一個(gè)打印液滴區(qū)域包含6個(gè)子像素，如圖6(b)所示，并采用噴墨打印技術(shù)制備了分辨率高達(dá)403 ppi的OLED顯示器[81]。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，未來(lái)OLED顯示屏將在應(yīng)用上向柔性方向發(fā)展，在制備技術(shù)上向噴墨打印方向發(fā)展。柔性O(shè)LED輕便、可折疊彎曲的特性能夠在擴(kuò)大顯示技術(shù)的應(yīng)用范圍，為人們的生活帶來(lái)飛躍性進(jìn)步。印刷OLED能夠節(jié)約成本，在大尺寸顯示制備上極具潛力。所以，噴墨打印制備的柔性O(shè)LED將會(huì)是未來(lái)顯示技術(shù)發(fā)展的主流方向。隨著柔性O(shè)LED與印刷OLED技術(shù)的完善，未來(lái)的顯示屏將更輕便、更低成本、更清晰。目前，國(guó)內(nèi)外很多企業(yè)如JOLED、LGD、京東方、華星光電、友達(dá)光電等已經(jīng)開(kāi)始柔性印刷OLED的研發(fā)，并取得不錯(cuò)的進(jìn)展。我國(guó)對(duì)顯示技術(shù)十分重視，目前已建立“國(guó)家印刷及柔性顯示創(chuàng)新中心”，大力發(fā)展印刷OLED與柔性O(shè)LED。隨著我國(guó)OLED技術(shù)的飛速發(fā)展，中國(guó)顯示技術(shù)將會(huì)逐漸達(dá)到世界領(lǐng)先水平。