三星推出全打印OLED显示器表明印刷显示技术已具备量产条件
关键词：印刷显示、OLED、QLED、全印刷器件
一、三星全打印OLED显示器
印刷显示技术由于其高材料利用率、低设备成本、兼容柔性大尺寸等特点，近年来广受关注。三星显示在这个领域持续研究，取得了较好的成果。
由于简化了设备和工艺的复杂性，比起喷墨打印蒸镀混用的工艺，全打印OLED或者EL-QD更能充分发挥印刷显示技术的优势。但是全打印面临一些挑战。其中主要是在叠层器件结构中，如何防止后续工艺流程中溶剂对下面膜层的破坏而高质量的完成各层膜层的制作。目前空穴注入层（HIL）、空穴传输层（HTL）分别通过正交溶剂法和交连大分子等手段保证了相应膜层的抗溶剂性，从而可以实现从HIL到发光层（EML）的溶液法制备。但后序膜层依然需要通过蒸镀工艺完成。而要实现全打印，充分发挥印刷显示工艺简单低成本的优势，就必须解决EML的抗溶性问题。尤其是小分子OLED器件中以及EL-QD器件中，发光层很容易被电子传输层的溶剂破坏。
三星的研究者们针对全打印的需要分别优化了OLED和EL-QD的发光层和电子传输层制作工艺。其基本器件结构如下图所示。
图1 RGB三色全打印器件结构
图1中可见，除了发光层分别使用RGB三种颜色的墨水外，其余功能层全部采用共享结构。其中，印刷OLED和EL-QD器件分别使用了不同的ETL材料。
为了保证ETL和EML的正交性，研究者们针对性的研究了溶剂选择对成膜和器件性能的影响。汉森溶解度参数（HSP）是关键参数之一。HSP空间内距离越远的溶剂溶解性差异越明显。因此EML使用的溶剂与ETL使用的溶剂应该处于HSP空间内尽量分开的位置，如图2所示。
溶剂选择同时必须保证对材料的溶解性。因此研究者们设计了双元溶剂的模式：一个主要溶剂用于保证对下层膜层的正交性、一个第二溶剂用于溶解材料并具备合适的表面能、以及一个添加剂主要用于调节墨水的粘度。这里添加剂改变粘度主要是为了可打印性的优化。因为关于可打印性的重要参数Ohnesorge number(Oh)主要受粘度和墨水表面张力影响：
根据以上溶剂模式，研究者们分别设计了配方A和配方B。其参数对比如下表。
配方A和配方B在HSP空间中的位置距离Ra基本一致，都保证了EML和ETL之间较好的正交性。但在墨水粘度和表面张力方面有所不同。这就导致了液滴铺展情况的差异。
从图3中可以看见，配方A的墨滴铺展并不完全。这就会造成打印像素发光不均的问题。而配方B墨滴铺展则较好。
在接下来的器件优化过程中，研究者们针对不同膜层的厚度组合进行了比较。
图4 不同膜厚组合下的器件性能
从图4中可以看见，通过调节发光区在整个器件中的位置，研究者们成功的将器件效率从3.7Cd/A提升至5.05Cd/A。
利用以上技术，研究者们成功的制造了12.4英寸，分辨率182ppi的全印刷AMOLED显示屏样机。样机显示性能如表2所示。
EL-QD方面，研究者们通过优化QD表面配体减少了表面缺陷态提升了QD的稳定性。ETL则采用了ZnMgO纳米颗粒进行制备。为了更好地成膜均匀性，研究者们优化了纳米颗粒的表面配体，减少了极性差异。
从图6中可见，优化配体后的成膜(b)比优化前的成膜(a)更为均匀，防止了聚集的发生。
使用上述技术，研究者们成功的制作了12.4英寸无镉全彩色EL-QD显示屏样机。
图7 12.4英寸无镉全彩色EL-QD显示屏样机显示效果
