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重塑显示空间,OLED电视将进入喷墨打印时代

  轻、薄、功耗低、主动发光、无视角限制……在显示领域,有机发光二极管(OLED)以这些特性,被寄予厚望,已经成为智能手机显示屏的主流。

  不过,现阶段的OLED面板普遍采用真空蒸镀制备工艺,其严苛的工艺要求与高昂的成品价格,限制了其在更大尺寸显示产品上的大规模普及应用。

  而喷墨打印可以在常温常压的环境下,在更大尺寸玻璃基板上快速连续地制备红绿蓝像素阵列,为制备大尺寸OLED显示屏创造了条件。然而,目前OLED印刷技术才刚刚起步,产业化印刷OLED还面临着诸多挑战。

  前路漫漫,但曙光已现。近日,科技日报记者从科技部高技术中心获悉,国内五所高校院所联合攻关的国家重点研发计划——8.5代印刷OLED显示产业化示范项目中“基于产业化印刷材料器件与工艺开发”课题,已经取得一系列成果,例如开发或评测出超过10种面向印刷工艺的新型发光层、空穴传输层、电极层材料;制备出让像素点均匀分布,且耐受打印溶剂溶解的围栏(bank)材料;研发出膜表面粗糙度小于5纳米的大面积发光薄膜的印刷工艺。

重塑显示空间,OLED电视将进入喷墨打印时代

南京工业大学教授秦天石与团队正在研发的黄光OLED材料 金凤 摄

  像打印文稿一样,将发光材料打成像素图案

  “中国在信息显示领域长期处于落后追赶的尴尬境地,而以OLED为代表的第三代显示技术的诞生,为我们在显示领域的弯道超车提供了契机。”2月5日,在南京工业大学先进材料研究院江苏省柔性电子重点实验室,课题牵头人秦天石教授一边说着,一边拿出两个装满OLED粉末的小瓶子。

  这是他的课题团队,正在研发的黄光OLED材料,在手电筒的光照下,瓶子内的粉末,正发出耀眼的黄光。“该黄光材料可以提升显示面板的色彩饱和度,同时有效降低面板能耗。”秦天石说。

  OLED显示技术是一种主动式发光技术,当驱动电压施加在红绿蓝三基色像素上,显示面板会发出红绿蓝三色光,再通过不同排列组合产生人眼可视的全部色彩。与被动式液晶显示技术相比,OLED技术无需背光源,亮度高、能效低、可视角度大、色彩鲜艳,成为最有发展潜力的下一代显示技术。

  目前,OLED面板主要有两种制作工艺,一种是真空蒸镀工艺,另一种则是喷墨印刷工艺。

  “这两种工艺有很大差别,主要在于制备OLED显示屏的装备和材料不同。”秦天石说,现阶段量产OLED屏幕主要是依靠真空蒸镀工艺来制备,即在高真空环境的腔室内,将OLED发光材料放在蒸发源上高温加热,材料受热升华成气体,再重新凝结到基板上形成OLED像素阵列。但蒸镀工艺也存在一些难以克服的问题,蒸镀过程中像素周围的掩膜版上会有很多材料残留,造成材料浪费和腔室污染。

  “更重要的是,蒸镀装备的制造难度大、成本高,达到高真空环境需要更严格的条件,所以蒸镀工艺难以规模化制备大尺寸的OLED电视屏幕。即使个别厂商用蒸镀工艺制备出一些高端产品,其成本和价格也远超大众的接受能力。” 秦天石说。

  百里挑一,从上百种分子构型中筛选出最佳发光材料

  相比蒸镀技术,喷墨印刷技术可大大提高生产效率和发光材料的利用率,显著降低制造OLED显示屏的直接成本,有效制备大面积OLED显示屏。

  但是,搭建印刷OLED生产示范线,面临诸多挑战。这也是印刷OLED显示产业化立项的意义所在。

  OLED发光材料是显示技术的源头活水。“目前成熟的OLED发光材料,主要是真空蒸镀工艺的小分子发光材料,并不一定适用于印刷工艺。因此,如何通过分子设计,用溶剂使OLED材料溶解成墨水,并兼容印刷制备工艺,是本课题需要攻关的难点之一。”秦天石表示,更重要的是,目前兼容印刷工艺的OLED材料,大部分都是在欧美日韩的专利材料体系上研发出来的。开发出具有中国核心技术优势的发光材料,迫在眉睫。

  从2017年起,秦天石所在的南京工业大学团队开始开发具有自主知识产权的新型发光材料。“我们在研究中发现,目前大部分商用的发光材料都是基于稀土元素铱和钌配合物体系的,这两种元素在自然界分布稀少,原料成本极高。”

  于是,团队尝试开发金属铂基发光材料,虽然铂属于贵金属,但市场价格比起以上两种稀土元素低了很多。此外,铂的化学稳定性比铱和钌好,这意味着做成显示器件的话,其使用寿命会比铱和钌基配合物材料更长。同时,铂基材料也更易于突破国外的专利壁垒。对此,他们在一点点摸索中寻找希望。

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