最近几年,印刷显示技术已成为产业界重点关注的发展方向。然而,究竟什么才是真正印刷显示器件? 对于电致发光显示器件来说,如果要真正实现印刷显示,就要解决发光显示器件全生产过程的印刷工艺,包括TFT、透明导电层、发光层、各种功能膜层等都要实现印刷工艺。从印刷显示技术来看,有没有可能从TFT到OLED全部用印刷工艺来做呢?这是一个新的发展趋势,也是一个新的挑战,需要进行一些探索。
早在2007年,凸版印刷和索尼的研究小组成功以基于“全印刷工艺”的有机TFT底板驱动10.5英寸和大尺寸的柔性电子纸。凸版印刷和索尼的研究小组通过开发用于导电层形成工序的新印刷法,成功制作了支持高精细显示器的短通道TFT。为形成导电层(栅极、储蓄容量、源极和漏极),开发出了基于胶印的新的高精细印刷技术。由此,可以支持5μm的线宽和线间距,达到了实用水平的吞吐量,同时还实现了与原有印刷法相匹敌的大尺寸支持功能。导电层材料采用的是Ag的纳米粒子。进一步地,该小组通过优化有机半导体溶液化工艺以及喷墨工艺,实现了足以驱动显示器的TFT特性。迁移率达到0.05cm2/V·s,开关比达到10的6次方,临界电压达到6V。有机半导体材料采用了可以转化成溶液的TIPS-pentacene。
2012年,索尼开发的柔性电子纸也利用印刷技术制作TFT。有机TFT的半导体层采用被称为“PXX衍生物”(peri-Xanthenoxanthene)的自主开发的有机材料。载流子迁移率约为0.5cm2/Vs。开发品的特点是其中的有机TFT是利用印刷技术制作的。对每层有机TFT,分别使用了平板胶印、旋涂及狭缝涂布3种印刷技术。仅用平板胶印法形成的是表面保护膜。像素电极在以溅射法成膜后,又用平面胶印形成了感光性树脂。有机半导体层用狭缝涂布法、栅极绝缘膜和层间绝缘膜用旋涂法成膜后,再利用普通光刻法形成图案。
2014年,日本新一代印刷电子技术研究联盟(JAPERA)宣布利用已实现工艺自动化的印刷技术、在A4尺寸树脂片材上形成了有机TFT阵列。该技术可使量产时的初期成本大幅降低,易于少量多品种生产。
这次发布的TFT阵列设想用作柔性显示器或压力感应板等的底板。片材为A4尺寸,TFT的间距为300μm,精细度为85ppi,有机TFT的总数为48万个。有机TFT阵列的栅极、绝缘层、源极、漏极、有机半导体层、通孔及信号线等,全部都是利用自动化片对片(S2S)印刷技术在树脂片材上形成的。布线是利用由银纳米颗粒构成的墨水等形成的。最高工艺温度为180℃。
栅极线和信号线的线宽为20μm。有机TFT的通道长度为10μm,通道宽度为160μm。有机TFT的载流子迁移率平均值稍低,为0.1cm2/Vs,但电流导通/截止比高达106。通态电流为1μA,偏差在10%以下。
2016年,国家重点研发计划战略性先进电子材料重点专项—“印刷OLED显示关键材料与器件技术”和“印刷TFT材料与器件”项目启动。“印刷OLED显示关键材料与器件技术”项目旨在以全面掌握印刷OLED显示所需的关键材料体系和器件制备工艺为研究目标,开发印刷OLED 显示材料新品种,为实现印刷OLED显示技术的产业化奠定材料基础。“印刷TFT材料与器件”项目旨在对印刷TFT 材料与器件进行全链条设计,解决印刷TFT 材料与器件面临的重大科学问题,在墨水调控、大面积印刷TFT工艺、集成技术等方面获得突破,获取国际领先的、具有应用潜力和自主知识产权的印刷TFT材料和器件技术,确立我国在该领域的国际领先地位。
TFT是薄膜晶体管,主要起开关的作用,但要做巨大数量级的TFT器件仍然有很大的工艺技术挑战。印刷显示与柔性显示相辅相成,如将印刷显示与柔性显示相结合,可实现卷对卷的印刷柔性显示器件制作,其工艺类似于印刷报纸式的卷对卷生产方式。制备过程中,显示器的尺寸只受到一个维度的限制,使得柔性、低成本、大屏显示成为可能。长远来看,全印刷TFT是未来一种可行的实现方式,可以满足大尺寸、低成本器件的开发,特别是柔性显示方面,也是一个极具前景的方向。
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