经验案例

喷墨打印OLED各个环节的难点(二)

发表日期:2022-02-16阅读量:352

从工艺角度来讲,喷墨打印功能薄膜时,液滴间距(μm)和液滴体积(pl)需达到较高的精度才能满足薄膜的均匀性和厚度的要求。液滴定位或体积的微小变化,都有可能引起显示屏像素坑发光亮度不均匀甚至短路完全不发光,从而导致OLED显示屏出现大量缺陷。OLED 功能层不仅要求膜厚均匀,而且还要保持其自身的光电特性,所以薄膜形成过程中溶剂必须干燥去除。同样,墨水中的其他添加剂也必须去除至含量最低,以免影响有机半导体薄膜的性能。因此,喷墨打印制备OLED显示屏技术的发展,不仅带动了喷墨打印机/打印头的发展,也引起人们对墨水配方、墨水/基板界面接触特性以及干燥过程等课题的高度重视和深入研究。

 

像素坑尺寸与喷墨打印液滴的计算

OLED显示屏由像素阵列组成,每个像素又由红、绿、蓝3色的子像素坑组成,一般其几何形状为下图所示的圆角矩形。

 

墨水体积是否满足薄膜厚度的要求

由于彩色显示屏相邻的子像素坑发光材料的颜色不同,印刷时必须防止溶液溢出到相邻像素坑中,所以在像素坑之间需要创建出低表面能的隔离区,一般使用光刻胶树脂做隔离材料。向像素坑中打印墨水时,首先要考虑墨水体积是否满足薄膜厚度的要求。由于像素坑的面积和深度是一定的,墨水体积既要铺满像素坑,又不能溢出像素坑,所以打印墨水的体积是有限的。

 

假设把浓度为1%(质量分数)的墨水印刷到像素坑中,要求薄膜厚度是70nm。小像素坑的最大容积小于满足厚度需求的墨水体积(设液体与基板接触角为70°),即墨水填满像素坑后最大膜厚仍然小于70nm,说明墨水中固体含量过低,需要增加墨水的浓度并降低印刷体积。大像素坑中达到70nm 膜厚所需要的墨水体积小于最低润湿体积(设墨水与基板的接触角是15°),即墨水不足以铺满像素坑,说明墨水中固体含量过高,需要降低墨水的浓度并增加印刷墨水的体积。在墨水浓度和液滴体积都确定的情况下,可根据膜厚要求计算每一像素坑需要的墨水体积和墨滴数量。由于液滴体积是由打印头直径决定的,则可以根据像素坑的尺寸需要选择相应的直径的打印头,像素坑尺寸越小,选择的打印头直径越小,技术要求也越高。

 

墨水成膜过程的精准控制

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:

 
a.确保墨水的稳定性,要求溶质的溶解度高或分散均匀,保证液滴稳定以及材料在基板上成膜均匀。
 
b.溶液的流变性(粘度、表面张力及剪切速率)需满足喷墨打印设备的要求,并能够形成稳定的液滴,包括液滴无卫星点、重复性好、定位精确等。
 
c.溶剂不能挥发得太快,防止干燥后的溶质堵塞打印头导致打印失效。
 

参考资料:期刊《网印工业》2019年1月发表的《 OLED喷墨打印工艺介绍》

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