经验案例

喷墨打印OLED各个环节的难点(三)

发表日期:2022-02-21阅读量:162

上一期文章《喷墨打印OLED各个环节的难点( 二)》中,介绍了喷墨打印OLED过程时对墨滴体积和薄膜厚度以及成膜控制的高要求。本次我们进一步介绍一下墨水的调整方案等关键因素。

墨水的可打印性主要是由粘度、表面张力和剪切速率变化量决定的,而分子结构和分子量、固体含量以及选择的溶剂是影响这些物理参数的主要因素。喷墨打印设备对墨水粘度的要求一般在1~20cP 之间。对于聚合物墨水来说,溶质含量越高墨水粘度越大,固体含量一般在0.2%~2.5%(质量分数)之间;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;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。

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。这种润湿特性是通过对像素基板(如ITO)和其边沿材料(如PI)表面进行处理获得的,包括修饰基板材料的结构、制作基板的工艺及表面处理(如等离子、臭氧或溶液处理等)。液滴在铺满像素坑之后,干燥成膜过程可以用“咖啡环”效应来解释:液滴在基板上铺展时,表面缺陷等原因会引起溶质在接触线处发生“钉扎”作用,液滴会继续保持此铺展形状,由于接触线处溶剂挥发速度快,溶液会从液滴中部向液滴边缘转移补偿挥发掉的溶剂,最终溶质在基板上沉积形成边缘厚中间薄的不均匀薄膜,即“咖啡环”。

 

 
图1利用白光干涉仪测量的薄膜厚度分布图
 

通过加入高沸点溶剂的方法,可降低接触线处溶剂的蒸发速率,还可以形成向内的Marangoni流,使得溶质均匀沉积。上面两张图是PEDOT:PSS墨水在像素坑中干燥的薄膜沿某一方向的厚度分布图,图a是喷墨打印单一溶剂墨水的结果,薄膜中间均匀、边沿突起,形成了咖啡环结构。为了抑制这种溶质的不均匀沉积,喷墨打印了重新配制的PEDOT∶PSS墨水(加入高沸点溶剂),边沿墨水干燥时间变长,最终形成了下图b所示的膜厚均匀的分布曲线。或者控制墨滴在基材表面的铺展润湿行为,也可以有效提高喷墨打印的分辨率。在制作OLED显示屏中,这些提高印刷分辨率的方法都是非常重要的。

 

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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