納米銀導電墨水在柔性顯示方面的應用

隨著電子產業的快速發展，柔性屏幕手機和電視成為電子產品發展的重要方向。柔性屏幕采用OLED（有機發光二極管）面板，被稱為“夢幻般的顯示器”，是全球公認的繼液晶后的下一代主流顯示器，具有寬視角、超薄、響應快、發光效率高等優點。

在印刷工藝制備中，高分辨率顯示對OLED顯示屏陰極有嚴苛的要求，采用納米銀導電墨水打印陰極是目前前沿的解決方案之一。在此方面華南理工大學的鄭奕娜等人做了大量的實驗研究，在國際上首次實現了紅、綠、藍單色和全彩色PLED顯示屏的全印刷制備。具體來說，高分辨率顯示要求陰極線非常細密，在線內良好連通導電，在線間完全隔斷絕緣，在加工過程中必須避免任何的壓力不當和溶劑侵蝕以保護有機功能層。

噴墨打印工藝和納米銀導電墨水可以很好地滿足印刷精度和印刷壓力的要求，但需要在有機功能層和印刷陰極之間設計多功能緩沖層，有效阻擋納米銀導電墨水溶劑的侵蝕。華南理工大學通過引入多功能緩沖層，使用噴墨打印納米銀墨水制備陰極，克服印刷工藝難點，成功制備出無缺陷、高性能、高分辨率的OLED顯示屏，得到了1．5英寸、96×3×64點陣、無壞點/壞線的紅、綠、藍單色和全彩色OLED顯示屏。全印刷工藝不需要高溫熱處理及真空沉積設備，能夠大幅降低OLED顯示屏的生產時間、能耗和成本。

OLED陰極的具體制備過程是：取納米銀電子墨水2ml，經過0．45μm孔徑疏水系過濾器過濾，再灌注進噴墨打印機（型號DMP2831，購于FUJIFILM Dimatix公司）的墨盒中。設定噴墨打印機的噴嘴與基板的距離為1000μm，電子墨水液滴的間隙為25μm后，在PLED顯示屏的緩沖層上噴墨打印陰極，形成64個平行的矩形電子墨水圖案（陰極線），單個矩形長度約為42mm，寬度約為0．28mm。陰極線陣列垂直于ITO陽極線陣列，兩者重疊的面積即是有效的發光面積。在陰極打印完成后，在氦氣手套箱內將PLED顯示屏以80℃烘干，除去電子墨水中的溶劑，接著在140℃下退火30min，以燒結納米銀顆粒使陰極線導通。

全彩PLED顯示民間的全印刷制備工藝和器件展示（a） 噴墨打印紅、綠、藍發光材料制備發光層，噴墨打印納米銀電子墨水形成陰極圖案（b）PLED顯示屏的結構示意圖（c）一個完整PLED顯示器的正面照片

納米銀導電墨水的另一個主要應用是制備有機薄膜晶體管（OTFT）的銀電極，OTFT可驅動OLED。以OTFT為代表的柔性電子技術具有器件可伸展彎曲、加工設備相對簡單、成本低廉等優點，在大面積的柔性顯示設備及低成本的智能電子標簽等領域具有廣闊的應用前景。

將銀納米顆粒分散在有機溶劑中，可在100℃或更低溫度下燒結，適應于印刷OTFT電極，優點是接觸電阻低，噴墨打印方式適合大面積加工。納米銀可印刷在塑料基底上，超過150℃塑料基底承受不了，所以要低溫燒結。權衡納米銀的穩定性和低溫燒結特性，有幾種方法用來降低納米銀的燒結溫度：1．氬-等離子體燒結或激光脈沖燒結；2．UV固化；3．減少液滴的體積至飛升來加快有機溶劑的蒸發。

日本的Kenjiro Fukuda等人研究了用納米銀墨水制備OTFT的源/漏電極。下圖是有機薄膜晶體管的示意圖，其中門電極和源漏電極都是用納米銀導電墨水旋涂的。其關鍵制造技術是制作源漏極間溝道長度的高分辨率圖案化技術，直接影響輸出電流、開關速度等器件性能，大多數應用要求溝道長度小于10μm。通過限制墨滴在打印基底上的浸潤能力，可以有效減小電極間的溝道長度。此外，還要求平坦的表面形貌，邊緣整齊。

總的來說，納米銀墨水噴墨打印或旋涂、直寫制備電極具有廣闊的應用前景，不僅電學性能滿足應用要求，而且工藝不需要高溫熱處理及真空沉積設備，能夠大幅降低OLED顯示屏的生產時間、能耗和成本，適用于工業化生產。