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印刷OLED贝博工艺过程简介

添加时间:2020/11/20

    随着中国制造2025 政策的指引,作为中国第三大进口产品之一的贝博生产产业越发火热。TCL 华星光电、BOE 京东方、天马、和辉维信诺等赞助在盈利能力大幅改善的同时,亦加大了在西甲技术上的投入,谋求在贝博生产产业链中高端研发位置占据一席之地。
    随着玻璃ballbet一再变大,大ballbet贝博的生产从8.5 代直接跨度到10 代和10.5 代,根据边际效益递减原理,传统生产工艺的弊端也越发明显。
    由此各大厂商均在寻求新的西甲制作技术,以降低大ballbet贝博生产成本的同时,从长远来看实现柔性、R2R 等工艺的制作技术。由此,印刷西甲的研究逐渐的被提上了日程。
    国内各大厂商,如BOE 在合肥,而华星光电和天马(广东聚华)在广州均成立相应的印刷西甲技术研究所,希望能和日韩系厂商站在同一起跑线上进行竞争。
    诚然,印刷西甲是未来西甲技术贝博的一个方向,且和传统的生产方式相比有各种优势,但是该技术也存在一些先天的局限,其未来的贝博依然充满了变数。虽然近年来印刷技术已经取得了不少成就,但是和传统ballbet相比,印刷工艺还有很长的道路要走。本文对印刷工艺制成面临的困难进行简单的解读,以供大家参考。(本文的印刷制成仅考虑喷墨印刷制程)
    简而言之,印刷西甲在大规模生产前所面临的问题如下:
    技术
    现在打印的器件性能总体上接近于旋涂器件,但是离蒸镀器件还有相当长的一段距离。
    除去器件性能以外,现有印刷技术还面临的问题有:
    工艺稳定性不高:在生产上稳定性压倒一切
    于喷墨印刷过程来说,其工艺上稳定性的压力来自于以下3个方面:
    墨水
    墨水的稳定性是印刷制成的关键因素,且除去其自身性质变化因素外,影响墨水稳定性的较大的因素是气泡。假设现有厂商能稳定且大量提供无杂质墨水的前提下,墨水在运输、灌入过程中会引入气泡,而如何去除气泡暂时还没有良好的西甲方法。
    常规实验室工艺为将墨水长时间负压静置,以便较大气泡上浮至表面破裂。这种处理方法在工业上是否适用有待考证。同时静置法能去除较大的气泡,但是较小的气泡能够存在于液体中很长时间。
    考虑到常用工业用喷头单次出墨量为10pl,则其喷头ballbet一般为20-30 um。则整个打印系统对微小气泡异常敏感。
    气泡的存在不仅仅会存在气栓现象,影响墨水的流动;同时因为气泡可以移动和压缩,则其会在喷墨头内游动,造成单喷头或多喷头的出墨不稳或无法出墨现象。
    印刷
    除去在小型研发机台上部分会采用单喷头单喷嘴系统外,在中型平台以上一般均会采用单喷头多喷头嘴系统。该喷头可以在印刷过程中用多喷头进行喷印,从而在提高生产效率的前提下,能够达到均化每个像素点内墨水体积的作用。
    印刷上的稳定性体现在为喷头的稳定性。
    与蒸镀不同,一般在印刷工艺前会对喷头进行校准,其后再进行印刷。但是印刷过程中无法对喷头状态进行观测(出墨速度快,需要专用高速摄像头延时抓拍),则一旦喷印中1 个喷头出现故障,则其不仅仅影响1 个像素,而是会影响1 列、甚至多列像素。
    比如因为出墨较少导致功能层较薄,导致贝博出现Mura(部分可通过TFT调节),或者印刷EML时偶然歪斜,出现红绿像素混色现象(混色会连续性出现,之间影响整体印刷效果)。
    成膜
    成膜亦是溶液法印刷的难点之一。墨水在印刷上去时已然在表面开始挥发,一般墨水边缘挥发速度较快,则会出现咖啡环现象。
    该现象在实验室中已经有较为成熟的西甲西甲。但实验室仅对30 mm x 30 mm大小的基板进行测试,现在面临的难点是对于大ballbet赞助的干燥问题。
    即便是在200 mm x 200 mm平台上,大规模均匀成膜还是难点之一。
    主要难点体现在印刷完基板中部和基板边缘处挥发速度呈现较大差异,比如中间挥发较慢,边缘挥发较快,则器件点亮时呈现明显无法修复的Mura。
    工艺耗时较长
    印刷为溶液法制程,一般印刷OLED器件中需要印刷1-3层,其中1-2层为共用功能层,而第三层为EML层。
    耗时较长主要表现为工艺处理时间较长。以常见OLED器件为例,因为需要制作3层功能层,则需要分别进行三次打印。
    为了避免溶液在低温挥发损坏喷头,一般印刷用墨水沸点在150℃-250℃以上,造成该溶液挥发困难,则在现阶段依然需要真空设备。
    每次打印需要真空干燥,部分材料为了提高性能还需要烘烤。则为了打印1个OLED器件,其需要重复进行印刷-干燥-烘烤3次。干燥为低压或真空,意味这需要真空Chamber。
    备需求复杂
    配套设备需求较多
    若采用高沸点溶剂,则在现阶段依然需要真空设备。和常规Mask技术不同,印刷用的真空设备对真空度要求不高,但是为了稳定成膜,对真空设备抽速和真空恒压性能有很高要求。
    以常规印刷OLED器件制成来看,除去array段与ITO图形化与蒸镀段相同外,印刷制成需要以下工艺流程:
    制作Bank(PDL)结构
    在array上均匀制作一层Bank以限定溶液流动,制作方式可以为小型实验平台或Slit/ Slot Dye方式制作。
    材料为光刻胶,其后通过曝光、显影、刻蚀、清洗后才能形成可用图案,则在该阶段需要一张Mask。
    印刷为叠层结构
    假设常规印刷OLED中HIL、HTL和EML为印刷层,则其制作完Mask后基本需要经过以下流程:
    - HIL印刷,印刷完毕后真空干燥(聚合物需加热交联);
    - HTL印刷,印刷完毕后真空干燥(聚合物需加热交联);
    - EML 印刷,若RGB为同体系溶液,可一并印刷后真空干燥(聚合物需加热交联);
    即便在没有聚合物的前提下,每层的制作最少经过打印-转移至真空腔-真空腔干燥-转移出等几个步骤。
    与传统工艺相比,除去设备的增加外,印刷的时间过长亦提高了制作成本。
    制作完EML后,再以蒸镀方式制作ETL、EIL和电极
    完成器件封装
    在假设3个功能层真空条件且不需要Baking的条件下,则除去打印机外,额外需要设备为:
    制作Bank:Slit 机器、Baking设备、真空Chamber、曝光刻蚀设备。
    功能层:理想情况各功能层为同一材料体系、有相同的干燥工艺且不需要Baking交联,则需要1个真空Chamber;若三层材料体系不同、干燥工艺不同且需要Baking,则需要3个独立真空Chamber(可集成热台功能)。
    废液处理和收集设备:需注意的是大部分有机良溶剂为有机溶剂,呈现一定的毒性,无法直接排放。同时较高的沸点也使得该类液体回收困难。
    易耗品的增加
    对印刷打印来看,其喷头是易耗品。即便对于最便宜的Fujifilm喷头其价格也在数千至数万美金不等。
    即便以研发平台为准来看,印刷OLED设备最少需要5个喷头来对应5个不同功能层,在产线上为了提高效率,对于同一功能层的印刷需要多个喷头系统进行打印,则产线上喷头使用数量在10个以上。无形中直接提高了生产成本和维护成本。

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