次時代屏幕的未來：柔性屏與噴墨印刷

柔性顯示的關鍵：納米銀線與PI薄膜

銦錫氧化物——ITO，由于其較低的電阻和較高的透光率，是目前主流的觸控電極材料。但因為其易脆性，在柔性顯示中就不占優(yōu)勢。ITO雖然在固定曲面柔屏面板上仍能使用，但在可折疊和可卷式柔性面板中，則必須要有替代方案。而納米銀線，就是最有希望能替代其作為電極的可撓式觸控材料。ITO材料本身成本高昂，與納米銀、金屬網(wǎng)格、石墨烯等象征著未來的印刷技術(shù)相比，成本差價達50%。

納米線是一種具有在橫向上被限制在100nm以下，但縱向沒有限制的一維結(jié)構(gòu)。在這種尺度上，量子力學效應很重要，因此也被稱作“量子線”。根據(jù)組成材料的不同，納米線還可以分為不同的類型，包括金屬納米線（如：Ni、Pt、Au等），半導體納米線（如：InP、Si、GaN等）和絕緣體納米線（如：SiO2、TiO2等）。作為納米技術(shù)的一個重要組成部分，納米線可以被用來制作成超小電路。而納米銀線除具有銀優(yōu)良的導電性之外，由于納米級別的尺寸效應，還具有優(yōu)異的透光性、可撓性。因此被視為是最有可能替代傳統(tǒng)ITO透明電極的材料，為實現(xiàn)柔性顯示提供了可能性。

在薄膜上導電的納米銀線直徑只有25nm，長度為25μm，長徑比達到了1000倍，且可大幅度彎折10萬次。

因為有了可彎曲的納米銀導電薄膜，觸控技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)可彎曲，而柔性顯示技術(shù)也已經(jīng)成熟，為何柔性屏幕至今遲遲難以推出。除卻集成電路等的技術(shù)壁壘之外，最大的瓶頸在于封裝。OLED中的有機發(fā)光物質(zhì)一來怕水，二來怕氧，目前只有玻璃才能夠達到10-6的封裝要求。

而PI是耐高溫可達400℃以上的有機高分子材料之一，長期使用溫度在200～300℃之間，無明顯熔點，具備高絕緣性能，在隔膜材料中性能極佳。

它具有優(yōu)良的耐高低溫性、電氣絕緣性、粘結(jié)性、耐輻射性等特殊屬性，因此可以取代傳統(tǒng)的ITO玻璃，大量應用在可折疊手機里的基板、蓋板和觸控材料。其中黃色PI在柔性OLED里主要應用于基板材料和輔材，CPI（透明PI）主要應用蓋板材料和觸控材料。

這種技術(shù)用于OLED面板，可完全取代現(xiàn)有的玻璃蓋板。

由于PI薄膜的可彎曲性能，可極好的匹配OLED的柔性顯示特性，是未來柔性顯示技術(shù)的理想材料。

顯示蓋板發(fā)展趨勢：輕質(zhì)化、大型化、超薄化、柔性化。

OLED顯示的兩種薄膜技術(shù)：

1.PI加硬減反膜——提高OLED面板的抗沖擊性能，主要應用于液晶顯示器、太陽能電池底板、隔熱墊片、防火泡沫、航空器、火箭等領域。

特點：熱穩(wěn)定性優(yōu)異；但是薄膜呈棕黃色，透光性差。

400-700nm 透光率低

500nm 透光率＜40%

400nm 透光率～0

透明聚酰亞胺要求：

·透光率高，厚度10μm時，400nm波長透射率大于80%；

·優(yōu)異耐熱性，玻璃化溫度大于250℃；

·熱膨脹系數(shù)低，1 0 0-2 0 0℃范圍小于30ppm/℃。

2.OLED發(fā)光層水氧阻隔層

次世代OLED最有力的技術(shù)——噴墨印刷技術(shù)

就在2018年11月末，京東方對外宣布成功研制中國首款采用噴墨打印技術(shù)的55英寸4K OLED顯示屏。

目前主流的OLED制作一般都采用了蒸鍍的工藝。這一技術(shù)主要面臨著良品率和成本的問題。而噴墨打印技術(shù)的OLED面板制造工藝相比于蒸鍍工藝，是降低生產(chǎn)成本的一個可行方法。

其實國內(nèi)外很多面板廠商很早就開始研發(fā)噴墨印刷技術(shù)，包括三星、LG、京東方、CSOT等。早在2017年年底，日本顯示器公司(JDI)關聯(lián)企業(yè)JOLED宣布，全球首創(chuàng)的印刷生產(chǎn)方式生產(chǎn)的21.6吋OLED面板，已經(jīng)開始供貨，早期還是主要用于醫(yī)療器械的顯示器。

OLED的發(fā)光原理是在ITO玻璃上制作一層幾十納米厚的發(fā)光材料——也就是人們通常所說OLED屏幕像素自發(fā)光的材料，發(fā)光層上方有一層金屬電極，電極加電壓，發(fā)光層產(chǎn)生光輻射；從陰陽兩級分別注入電子和空穴，被注入的電子和空穴在有機層傳輸，并在發(fā)光層復合，激發(fā)發(fā)光層分子產(chǎn)生單態(tài)激子，單態(tài)激子輻射衰減發(fā)光，從而形成一個個的像素點。

真空蒸鍍

真空蒸鍍

形成有機層的最常用的方法是“蒸鍍”。蒸鍍類似于蒸發(fā)。在鍋里燒開水時，蒸氣就形成鍋蓋上的露水。不同之處在于蒸鍍使用有機材料代替水，并且在真空狀態(tài)而不是在正常的大氣壓力下進行加熱。

蒸鍍必須先在真空中進行，也就是在稱為真空室的設備中進行。制造好的大型LTPS背板，在真空室內(nèi)進行彩色圖案化。

一旦LTPS制造好并放置在蒸鍍真空室中，然后就是在LTPS基板下面放置精密的金屬掩模板(FMM)。掩模板是在薄鋼板上有刻有小孔的器件，所以當有機材料蒸鍍時，它只能沉積在特定的位置。當掩模板準備就緒時，將蒸發(fā)源放在其下，并將其加熱到適當?shù)臏囟?。當加熱開始時，分子單元中的有機小分子穿過掩模并積淀到預期位置。

噴墨印刷

噴墨打印技術(shù)是像在紙上噴墨印刷一樣，噴射少于幾十pl（一萬億分之一升）的OLED墨水進行顯示屏量產(chǎn)的技術(shù)。與在真空狀態(tài)下對有機物進行氣化的蒸鍍方式相比，噴墨打印技術(shù)具有在常壓下也能生產(chǎn)、滴落到基板外面的墨水少、可提高材料使用效率等優(yōu)勢。

為了進行噴墨打印，首先要在溶劑中融化OLED材料，使其變成墨水形狀。含有OLED材料的墨水通過噴墨頭的噴嘴，在基板的隔柵之間進行印刷。然后經(jīng)過干燥工序除去溶劑，就可完成OLED材料印刷。噴墨打印技術(shù)可以用在各種類型的顯示屏制程，在大尺寸OLED領域的應用前景尤其令人期待。這是因為制作大尺寸顯示面板所需的基板應高于8代，與真空蒸鍍方式相比，噴墨方式在制作大面積設備方面更具優(yōu)勢。

噴墨印刷相比蒸鍍工藝有哪些優(yōu)勢?

工藝更簡單。有機發(fā)光材料蒸發(fā)效率更高，材料利用率而在蒸鍍時有機材料氣體無差別沉積在玻璃基板上，材料利用率低。

作大尺寸精細金屬掩模板，導致該工藝無法應用在大尺寸面板的制造上。制造成本更低，在OLED面板的原材料使用上，印刷OLED就比蒸鍍技術(shù)節(jié)省90%左右。

噴墨印刷有哪些難點?

墨水：墨水的穩(wěn)定性是印刷制成的關鍵因素，且除去其自身性質(zhì)變化因素外，影響墨水穩(wěn)定性的較大的因素是氣泡。假設現(xiàn)有廠商能穩(wěn)定且大量提供無雜質(zhì)墨水的前提下，墨水在運輸、灌入過程中會引入氣泡，而如何去除氣泡暫時還沒有良好的解決方法。

噴頭：除去在小型研發(fā)機臺上部分會采用單噴頭單噴嘴系統(tǒng)外，在中型平臺以上一般均會采用單噴頭多噴嘴系統(tǒng)。該噴頭可以在印刷過程中用多噴頭進行噴印，從而在提高生產(chǎn)效率的前提下，能夠達到均化每個像素點內(nèi)墨水體積的作用。

成膜：成膜亦是溶液法印刷的難點之一。墨水在印刷上去時已然在表面開始揮發(fā)，一般墨水邊緣揮發(fā)速度較快，則會出現(xiàn)咖啡環(huán)現(xiàn)象。