新型显示技术丨印刷显示材料与技术

新型显示技术已成为引领国民经济发展的变革性技术之一。从显像管显示发展到液晶显示，再到柔性有机发光二极管(OLED)显示，每一发展阶段都对人们的生活产生了巨大影响。显示的轻、薄、柔特点使移动更加便利，加上互联网的普及，使得功能强大的智能手机成为人们生活的必备品，极大地改变了人们的生活方式。

随着新材料、新工艺和新型仪器设备的不断涌现，新型显示正朝着超高分辨率、大尺寸、轻薄柔性和低成本方向发展。传统的基于真空镀膜的显示技术存在成本高、制备工艺复杂、能耗高等问题，而印刷显示技术具有低成本、柔性化、可大面积生产等显著特点，是解决高成本问题和实现超大面积量产的有效途径。

印刷显示技术是指以旋涂、丝印或喷墨打印等方法，将金属、无机材料、有机材料转移到衬底上，制成发光显示器件的技术。印刷显示技术是未来显示技术发展的重要方向，其终极目标是在常温、常压下以按需给料方式实现全印刷发光显示器件，以达到“像印报纸一样制造显示器”的目的。

图1 真空镀膜工艺和印刷成膜工艺的对比

相比目前已经实现应用的真空蒸镀制造OLED 显示工艺，印刷显示工艺具有如下优点：

第一是材料利用率高，在传统OLED 蒸镀工艺中，若不考虑OLED 蒸镀材料的回收使用，材料利用率为5%～20%；而印刷显示工艺只是在需要的地方才喷涂有机发光材料，极大提高了材料的利用率，理论上可以达到90%，甚至100%，也更加环保。

第二是不受设备与大尺寸精细金属掩模板的限制，印刷工艺可以制备大尺寸显示面板。

第三是由于印刷工艺不需要真空蒸镀腔体和精密金属掩模板等，再加上节省材料及无须维护真空蒸镀设备，可有效降低成本。同时，用印刷技术取代真空蒸镀工艺还有可能实现柔性和卷对卷的生产工艺，大幅提高效率、降低成本。

图2 “卷对卷”印刷方法

目前已出版的印刷显示著作，大多集中在印刷显示的某一方面，如OLED、印刷有机薄膜晶体管(OTFT)、印刷导电材料等。然而，印刷显示是一个系统工程，其产业化还需要解决核心材料、器件、印刷工艺及设备等方面的诸多问题，只有将这些内容结合起来进行综合考虑，才能更深入地理解印刷显示技术的精髓，为更系统、更深入地研究印刷显示提供参考。

《印刷显示材料与技术》一书全面深入讨论了印刷显示各个环节的基础材料、关键技术和面临问题，理论结合实际，把国内外在印刷显示方面的主要研究成果与作者自身的研究成果结合起来，体现当今印刷显示技术的先进成果，并提出相应的见解。

本书主要内容如下：第1章绪论，简述印刷显示的基本概念、历史过程和发展趋势；第2章印刷OLED材料与器件工艺，从OLED结构和原理出发，介绍可印刷OLED的发光材料、界面材料及相关的印刷制备工艺；第3章印刷TFT材料与器件工艺，介绍TFT 的原理、分类、材料及制备技术，着重介绍可印刷的TFT材料与工艺，包括可印刷半导体层、电极、栅介电材料及其印刷制备方法；第4章印刷显示阵列制备、封装及驱动技术，介绍印刷显示的阵列制备技术、彩色化技术、封装技术和驱动技术；第5章印刷显示材料与技术展望，介绍新型可印刷发光材料(包括热激活延迟荧光材料、杂化“局域-电荷转移态”材料、量子点发光材料、聚集诱导发光材料、钙钛矿发光材料)，一维半导体(或电极)材料，二维半导体(或电极)材料，高分辨率印刷技术，柔性卷对卷印刷技术等。本书五个章节以可印刷材料为中心，通过印刷技术贯穿全书，从基础理论知识到最新前沿进展，对印刷显示材料与技术进行了全面而深入的论述，体现了多学科知识的交叉和融合。

作者简介

彭俊彪华南理工大学材料科学与工程学院院长，教授，博士生导师，国家“973计划”项目“高效率、低成本有机高分子发光材料研究”首席科学家，享受国务院政府特殊津贴专家，第七届教育部科学技术委员会材料学部委员。从事印刷型有机/高分子发光显示新材料和新工艺研究，带领课题组完成了国际上第一块全印刷彩色OLED 发光显示屏（包括印刷金属阴极），此项研究成果为大面积、低成本制备OLED显示屏奠定了科学和技术基础，引起了业界的高度关注；发明了稀土掺杂氧化物薄膜晶体管（TFT）新型半导体高迁移率和高稳定性材料，突破了高性能 TFT 阵列背板制造关键技术，利用自主研制的新材料TFT背板实现了全彩色、透明、触控 AMOLED 长寿命显示，以及高稳定性塑料基板的彩色柔性 AMOLED 显示，取得了系列低成本制造AMOLED 显示屏的先进技术成果。获国家自然科学奖二等奖1项、广东省科学技术奖一等奖1项；发表研究论文300余篇，他引超过6000次；获授权中国专利70余件。

兰林锋华南理工大学研究员、博士生导师，珠江学者，教育部首批全国高校“黄大年式”教师团队成员，国际信息显示协会（SID）北京分会技术委员会委员。从事基于OLED显示、柔性显示、印刷显示应用的薄膜晶体管（TFT）关键材料与器件的研究。发明了高迁移率、高稳定性的稀土掺杂氧化物半导体材料（Ln-IZO），该材料通过广州新视界光电科技有限公司验证，并成功用于国内首块氧化物TFT驱动的彩色AMOLED 显示和国内首块彩色柔性显示。相关成果获广东省科学技术奖一等奖。发表SCI论文100余篇，他引2000多次。获授权国家发明专利30余件。

《印刷显示材料与技术》属于国家出版基金项目、“十三五”国家重点出版物出版规划项目“光电子科学与技术前沿丛书”（丛书主编：姚建年，褚君浩）。

“光电子科学与技术前沿丛书”编委会

丛书已出版书目

本文摘编自彭俊彪、兰林锋、郑华、应磊、徐苗、吴为敬、宁洪龙、姚日晖、邹建华等著《印刷显示材料与技术》一书。标题为编者所加。

丛书名：光电子科学与技术前沿丛书
《印刷显示材料与技术》

书号：9787030623577

作者：彭俊彪、兰林锋等

责任编辑：张淑晓

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本书目录

目录
丛书序 i
前言 iii
第1章绪论 001
1.1 印刷显示的概念 001
1.2 印刷技术的发展历史 003
1.3 本书的内容与结构 004
参考文献 005
第2章印刷OLED材料与器件工艺 006
2.1 印刷OLED器件结构、工作原理、性能评测及发展历史 007
2.1.1 OLED器件结构及工作原理 007
2.1.2 有机发光二极管性能评价指标 014
2.1.3 有机发光二极管的发展历史及其现状 015
2.2 可印刷有机/聚合物发光材料 020
2.2.1 可印刷有机小分子发光材料 021
2.2.2 聚合物发光材料 026
2.2.3 树枝状大分子发光材料 040
2.3 有机电致发光器件的界面材料 045
2.3.1 阳极界面材料 045
2.3.2 阴极界面材料 050
2.4 印刷薄膜工艺 054
2.4.1 旋涂工艺及其在OLED中的应用 055
2.4.2 喷墨打印工艺及其在OLED中的应用 060
2.4.3 提拉制膜工艺及其在OLED中的应用 063
2.5 印刷制备有机发光二极管器件工艺 066
2.5.1 “咖啡环”效应 066
2.5.2 “咖啡环”效应的影响因素 068
参考文献 082
第3章印刷TFT材料与器件工艺 100
3. 1 薄膜晶体管基本原理与性能表征 100
3.1.1 薄膜晶体管的概念与发展历史 100
3.1.2 TFT的工作原理 102
3.1.3 TFT的基本参数 102
3.1.4 TFT的分类 106
3.2 印刷TFT的半导体材料与薄膜工艺 109
3.2.1 印刷TFT简介 109
3.2.2 聚合物半导体材料 110
3.2.3 溶液加工有机小分子半导体材料 112
3.2.4 OTFT的界面材料 113
3.2.5 OTFT的最新进展 117
3.2.6 可印刷氧化物半导体材料 120
3.3 印刷介电材料与薄膜工艺 134
3.3.1 可印刷无机介电材料及其薄膜工艺 135
3.3.2 可印刷有机聚合物介电材料及其工艺 143
3.3.3 无机/有机复合介电材料及其工艺 146
3.4 可印刷电极材料与薄膜工艺 149
3.4.1 可印刷金属电极材料及其工艺 150
3.4.2 可印刷氧化物电极材料及其工艺 154
3.4.3 其他可印刷电极材料 155
参考文献 156
第4章印刷显示阵列制备、封装及驱动技术 164
4.1 OLED显示像素阵列的印刷制备技术 164
4.1.1 印刷OLED显示屏的制备步骤 164
4.1.2 喷墨打印OLED发光层的工艺流程 166
4.2 印刷显示屏的彩色化方案 178
4.2.1 红绿蓝三基色独立发光方案 179
4.2.2 白光加彩色滤光片方案 179
4.2.3 蓝光加色转换层方案 179
4.3 印刷TFT阵列技术 181
4.3.1 TFT驱动OLED原理 181
4.3.2 TFT阵列的印刷制备技术 182
4.3.3 全印刷TFT制备技术 198
4.4 显示像素电路 202
4.4.1 2T1C像素电路 203
4.4.2 补偿型像素电路 205
4.4.3 阵列编程方法 213
4.5 行驱动集成技术 216
4.5.1 显示驱动架构 216
4.5.2 行驱动电路的结构和时序 217
4.5.3 用于行驱动电路的TFT器件 218
4.5.4 典型行驱动电路 218
4.6 印刷显示器件封装技术 225
4.6.1 印刷显示发展趋势及封装技术 225
4.6.2 水氧渗透机制与检测方法 226
4.6.3 针对OLED器件的薄膜封装技术 231
参考文献 242
第5章印刷显示材料与技术展望 251
5.1 新型可印刷发光材料 251
5.1.1 新型可印刷有机/高分子发光材料 252
5.1.2 量子点发光材料 259
5.1.3 聚集诱导发光材料 261
5.1.4 钙钛矿发光材料 263
5.2 新型印刷TFT材料 265
5.2.1 碳纳米管TFT265
5.2.2 石墨烯TFT268
5.3 高分辨率印刷显示 270
5.4 印刷柔性显示 273
参考文献 277
索引 283
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