納米銀導(dǎo)電墨水在柔性顯示方面的應(yīng)用

隨著電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，柔性屏幕手機(jī)和電視成為電子產(chǎn)品發(fā)展的重要方向。柔性屏幕采用OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）面板，被稱為“夢(mèng)幻般的顯示器”，是全球公認(rèn)的繼液晶后的下一代主流顯示器，具有寬視角、超薄、響應(yīng)快、發(fā)光效率高等優(yōu)點(diǎn)。

在印刷工藝制備中，高分辨率顯示對(duì)OLED顯示屏陰極有嚴(yán)苛的要求，采用納米銀導(dǎo)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(xué)的鄭奕娜等人做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了紅、綠、藍(lán)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(xì)密，在線內(nèi)良好連通導(dǎo)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(dāng)和溶劑侵蝕以保護(hù)有機(jī)功能層。

噴墨打印工藝和納米銀導(dǎo)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(jī)功能層和印刷陰極之間設(shè)計(jì)多功能緩沖層，有效阻擋納米銀導(dǎo)電墨水溶劑的侵蝕。華南理工大學(xué)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(diǎn)，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(diǎn)陣、無壞點(diǎn)/壞線的紅、綠、藍(lán)單色和全彩色OLED顯示屏。全印刷工藝不需要高溫?zé)崽幚砑罢婵粘练e設(shè)備，能夠大幅降低OLED顯示屏的生產(chǎn)時(shí)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(jīng)過0．45μm孔徑疏水系過濾器過濾，再灌注進(jìn)噴墨打印機(jī)（型號(hào)DMP2831，購(gòu)于FUJIFILM Dimatix公司）的墨盒中。設(shè)定噴墨打印機(jī)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(gè)平行的矩形電子墨水圖案（陰極線），單個(gè)矩形長(zhǎng)度約為42mm，寬度約為0．28mm。陰極線陣列垂直于ITO陽(yáng)極線陣列，兩者重疊的面積即是有效的發(fā)光面積。在陰極打印完成后，在氦氣手套箱內(nèi)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(jié)納米銀顆粒使陰極線導(dǎo)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(lán)發(fā)光材料制備發(fā)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(jié)構(gòu)示意圖（c）一個(gè)完整PLED顯示器的正面照片

納米銀導(dǎo)電墨水的另一個(gè)主要應(yīng)用是制備有機(jī)薄膜晶體管（OTFT）的銀電極，OTFT可驅(qū)動(dòng)OLED。以O(shè)TFT為代表的柔性電子技術(shù)具有器件可伸展彎曲、加工設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在大面積的柔性顯示設(shè)備及低成本的智能電子標(biāo)簽等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

將銀納米顆粒分散在有機(jī)溶劑中，可在100℃或更低溫度下燒結(jié)，適應(yīng)于印刷OTFT電極，優(yōu)點(diǎn)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?zé)Y(jié)。權(quán)衡納米銀的穩(wěn)定性和低溫?zé)Y(jié)特性，有幾種方法用來降低納米銀的燒結(jié)溫度：1．氬-等離子體燒結(jié)或激光脈沖燒結(jié)；2．UV固化；3．減少液滴的體積至飛升來加快有機(jī)溶劑的蒸發(fā)。

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(jī)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(dǎo)電墨水旋涂的。其關(guān)鍵制造技術(shù)是制作源漏極間溝道長(zhǎng)度的高分辨率圖案化技術(shù)，直接影響輸出電流、開關(guān)速度等器件性能，大多數(shù)應(yīng)用要求溝道長(zhǎng)度小于10μm。通過限制墨滴在打印基底上的浸潤(rùn)能力，可以有效減小電極間的溝道長(zhǎng)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(yīng)用前景，不僅電學(xué)性能滿足應(yīng)用要求，而且工藝不需要高溫?zé)崽幚砑罢婵粘练e設(shè)備，能夠大幅降低OLED顯示屏的生產(chǎn)時(shí)間、能耗和成本，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。