噴墨打印OLED屏幕的製備方法，主要是使用溶劑將OLED有機材料溶解，然後將材料直接噴印在基板表面形成R(紅)、G(綠)、B(藍)有機發光層。噴墨打印OLED技術在製程，工藝，良率和成本等方面相比蒸鍍技術優勢明顯，但工藝過程存在的一系列難點也使得噴墨打印技術發展受限。想要趕超蒸鍍技術，我們需要了解這些難點並攻克。下面我們來具體瞭解一下。
難點一、噴墨打印聚合物材料
由於聚合物分子量較大，在製備OLED屏幕時，主要採用溶液加工成膜（如旋塗或印刷），其中，噴墨打印技術被證明是製備發光聚合物溶液的最佳方法。具有高效率、可打印的特點。如今，聚合物發光材料的研發已有較大發展，噴墨打印設備以及相關成膜工藝也基本上能滿足製備高分辨率顯示屏的要求。但目前的問題在於，發光聚合物性能較差，因此只有開發出發光效率更高、壽命更長且成本低廉的聚合物材料，才能滿足日益增長的
難點二、噴墨打印小分子材料
目前，聚合物發光器件（PLED）的效率（6～8 cd/A）和壽命一般較低，而小分子發光器件（SM-OLED）則具有明顯的性能優勢，具有高效率（84 cd/A）和長壽命等特點。小分子材料一般使用傳統的熱蒸鍍工藝，其中，噴墨打印小分子的研究是關注的熱點。該技術難點在於一般的小分子材料成膜性較差，液膜在基板上乾燥過程中，容易發生去潤溼現象而形成不連續的薄膜。因此，如何獲得高質量的功能薄膜是製作高效率、長壽命器件的必要條件。
難點三、噴墨打印陰極
與蒸鍍小分子原理相同，OLED器件的陰極一般也是通過真空蒸鍍工藝製作的，但問題是所使用的蒸鍍設備和掩模板比較昂貴。用噴墨打印技術製備陰極，則可大幅度降低成本。其中最大的難題在於，可印刷陰極墨水的開發以及如何大面積均勻成膜。包括：
1．必須保證陰極材料與有機功能層的親和性，確保印刷的陰極能穩定成膜；
2．必須保證印刷圖案的精細度，確保顯示圖像的高分辨率；
3．必須避免陰極膠漿對底層的破壞；
4．必須保證載流子的有效注入，以確保高亮度、高效率的顯示
難點四、噴墨打印OLED顯示屏工藝
噴墨打印功能薄膜時，液滴間距（μm）和液滴體積（pl）都需達到較高的精度，才能滿足薄膜的均勻性和厚度的要求。液滴定位或體積的微小變化，都有可能引起顯示屏像素坑的發光亮度不均勻甚至短路完全不發光，從而導致OLED顯示屏出現大量缺陷。
OLED功能層必須膜厚均勻，而且還要保持其自身的光電特性。因此，薄膜形成過程中溶劑必須乾燥後去除。此外，墨水中的其他添加劑也必須去除至含量最低，以免影響有機半導體薄膜的性能。
OLED顯示屏由像素陣列組成，每個像素又由紅、綠、藍3色的子像素坑組成，一般其幾何形狀為下圖所示的圓角矩形。
而像素坑的尺寸和個數是由顯示屏的應用特點決定的：對於高清電視機（HDTV），在像素陣列為1080×1920、尺寸為94～165 cm的規格下，子像素坑的尺寸分別為140和250 μm；而對於移動設備如智能手機，其像素為廣視頻圖像陣列（WVGA，480×800個像素），7.37～9.65 cm的規格下，子像素坑尺寸分別為26 μm和35 μm。
由於彩色顯示屏相鄰的子像素坑發光材料的顏色不同，印刷時必須防止溶液溢出到相鄰像素坑中。所以在像素坑之間需要創建出低表面能的隔離區，科研人員一般會使用光刻膠樹脂做隔離材料。需要注意的是，在向像素坑中打印墨水時，首先要考慮墨水體積是否滿足薄膜厚度的要求。
由於像素坑的面積和深度是一定的，墨水體積既要鋪滿像素坑，又不能溢出像素坑，所以打印墨水的體積是有限的。假設把濃度為1%（質量分數）的墨水印刷到像素坑中，就要求薄膜厚度恰好為70 nm。小像素坑的最大容積如果小於滿足厚度需求的墨水體積（設液體與基板接觸角為70°）（即墨水填滿像素坑後最大膜厚仍然小於70 nm），說明墨水中固體含量過低，此時就需要增加墨水的濃度並降低印刷體積。大像素坑中達到70 nm膜厚所需要的墨水體積如小於最低潤溼體積（設墨水與基板的接觸角是15°）（即墨水不足以鋪滿像素坑），說明墨水中固體含量過高，需要降低墨水的濃度並增加印刷墨水的體積。
在墨水濃度和液滴體積都確定的情況下，可根據膜厚要求計算每一像素坑需要的墨水體積和墨滴數量。由於液滴體積是由打印頭直徑決定的，因此可以根據像素坑的尺寸需要，選擇相應的直徑的打印頭。像素坑尺寸越小，意味著選擇的打印頭直徑越小，技術要求也越高。
難點五、墨水成膜過程控制
噴墨打印OLED顯示屏的溶液主要是由光電材料和溶劑組成，因此，需要從流體特性、鋪展程度和乾燥成膜等方面考慮墨水的配製：
1．為確保墨水的穩定性，就需要溶質的溶解度高或分散均勻，從而保證液滴穩定以及材料在基板上成膜均勻；
2．溶液的流變性（粘度，表面張力及剪切速率）需滿足噴墨打印設備的要求，並能夠形成穩定的液滴（包括液滴無衛星點、重複性好、定位精確等）；
3．溶劑不能揮發得太快，從而防止乾燥後的溶質堵塞打印頭導致打印失效。
墨水的可打印性主要是由粘度、表面張力和剪切速率變化量決定的，而分子結構、分子量、固體含量以及選擇的溶劑則是影響這些物理參數的主要因素。噴墨打印設備對墨水粘度的要求一般在1～20 cP之間。
對於聚合物墨水來說，溶質含量越高墨水粘度越大，固體含量一般在0.2%～2.5%（質量分數）之間；而對於小分子來說，溶質含量對溶液粘度的影響很小，科研人員一般通過選擇高粘度溶劑和加入添加劑等方式提高溶液的粘度。此外，溶劑的沸點和表面張力，決定了墨水的乾燥速率及其對基板的潤溼性。所以需要選擇物理性質適當的溶劑，才能達到控制溶質在像素坑中的成膜形貌的目的。
難點六、液滴定位偏差與控制
噴墨打印機/打印頭的重要技術指標包括：液滴的定位精度、噴墨液滴體積、印刷可靠性和產量等。液滴下落的目標位置由顯示屏的幾何圖案確定的，而液滴體積主要由打印頭直徑決定。
由於顯示屏的像素尺寸一般在微米量級，分辨率越高就要求液滴的體積越小、定位越精確。比如在像素分辨率為100～150 ppi（子像素大小約為85～55 μm），大小為35.56 cm的彩色顯示基板上，需要沉積1～2千萬個直徑約25 μm液滴，這就意味著液滴定位稍有偏差，就可能引起整個像素基板的印刷錯誤。所以打印頭尺寸必須精確在10 pl左右，液滴下落精度則需在±10 μm內，只有這樣才能獲得印刷定位精確、高分辨率的器件。
液滴定位偏差，主要是由打印平臺的機械偏移和液滴在打印頭出口的偏移角度引起的。用於製造噴墨打印顯示屏的設備，一般都具備專業的高精度印刷平臺（如氣浮軸承平臺），使其可以達到機械位移精度的要求。
液滴在打印頭出口處的偏移角度，則受打印頭的設計和墨水配方的影響。由於用於生產顯示屏的打印頭都是經過專門設計製造的，因此液滴偏移程度較小。通常情況下，液滴偏移角一般不超過10 mrad。通過打印頭的設計和墨水的優化，液滴偏移角度可達±2 mrad，對應的印刷分辨率則可達到200 ppi。
此外，通過優化墨水的化學組成、調控基材表面的化學組成或物理結構等方法，都可以減少噴射墨滴的尺寸或者控制墨滴在基材表面的鋪展潤溼行為，也可以有效提高噴墨打印的分辨率。在製作OLED顯示屏中，這些提高印刷分辨率的方法都是非常重要的。
文章轉自：柔性電子服務平臺
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