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曹镛院士:柔性顯示和印刷顯示是未來發展方向

【大國之材】曹镛院士:柔性顯示和印刷顯示是未來發展方向 相當時期内OLED與LCD仍将共生共存

2018-03-13 新材料在線

 

 

 

國之棟梁,鑄就大國之材!《大國之材》欄目聚焦材料界學術泰鬥、行業領軍人物,通過大型系列紀錄片、系列叢書、視頻訪談、媒體報道等多種形式,見證中國材料人奮勇拼搏、砥砺前行的成長軌迹,記錄中國從材料大國向材料強國邁進的發展史。

 

《大國之材》分為《人物篇》、《企業篇》、《行業篇》等,包括《院長來了》、《對話》等子欄目,分别從不同視角記錄充滿智慧的材料人的故事。

 

 
“相當一段時期内,OLED和LCD仍将共生共存,相互補充,而不是完全取代。” 中國科學院院士曹镛在“2017首屆中國柔性顯示技術(材料)國際論壇”上接受新材料在線®采訪時表示,目前,OLED材料的穩定性以及封裝密閉性技術還有待提高,OLED成本還很高,尚待新的技術和材料突破,OLED還有很大的發展空間。

 

曹镛院士發表演講

 

曹镛院士解釋說,LCD和OLED誰占主導,取決于産品的性能價格比,是由市場來決定。

柔性AMOLED是新型半導體顯示技術之一,也是在中小尺寸顯示屏領域中正在成為主流趨勢的技術。随着5G互聯網時代的到來,柔性顯示技術将扮演不可或缺的角色。

 
“現在柔性顯示是未來發展的方向。”曹镛院士告訴新材料在線®。

以柔性全色OLED顯示屏為例,目前三星生産的OLED屏可以實現彎曲,再下一步就是要做到可卷,最後是做到可對折。曹镛院士認為,隻有能做到對折才能算是真正的柔性屏。 目前類似于IphoneX的做法是在一個玻璃襯底的基礎上貼在上面,從而實現彎曲。華南理工的做法則是把玻璃襯底換成金屬氧化物,這樣不僅面積更大,而且成本較低。

據新材料在線®了解,包括國際巨頭三星、LGD、JOLED以及京東方、華星光電、維信諾、和輝光電、新綸科技等早已投入數千億元深耕柔性顯示。

對于目前熱的QLED,曹镛院士認為,目前的QLED電視不過是另一種背光源,真正的QLED應該是主動發光。

對于Micro-LED,曹镛院士認為其最佳的領域在于AR顯示等小尺寸領域。

以下為曹镛院士在“2017首屆中國柔性顯示技術(材料)國際論壇”上的演講速記,新材料在線®整理。

 

南理工大學光電所團隊全印刷、柔性顯示研究進展

曹镛:各位嘉賓、各位同行、各位領導中午好!我今天講的題目是華南理工大學光電所團隊全印刷、柔性顯示研究方面的幾個進展,主要是介紹我們所的幾項工作:一是全印刷的PLED發光顯示屏,一個是基于金屬氧化物的TFT驅動背闆的柔性全色OLED顯示屏,第三種是新型的用電化學聚合圖案化實現OLED全色顯示屏的新途徑。

印刷顯示是未來發展方向

現在柔性顯示和印刷顯示是顯示發展的方向,松下在2013年就發布過2K、2K的OLED的全印刷電視,後來台灣和大陸也都做過一些Demo,但是還沒有量産。

全印刷首先要解決有機和高分子發光材料的過渡層都在非極性溶劑裡面溶的,最主要的問題就是要解決各層之間互溶的問題。

歐洲做了很多這方面的研究,有交聯、轉印或者是正交的溶劑,在歐洲作得比較多的是轉印的方式,我們主要是采用正交的溶劑。我們在實驗室很早就發現和設計了一種新型的帶極性側鍊的有機高分子的共轭聚合物,在有機物塗上去的時候,就可以形成非常完整的界面,正交溶劑的方法有很大的優點,我們做了大量的合成工作,在這個基礎上,我們發現這種聚合物不僅是一種正交溶劑,由于它的極性策略,也是一個很好得電子傳輸層。加上這一層以後,我們把它加在發光層和陰極中間,就可以使陰極的功函數大大降低,使高功函數的穩定因素也可以印刷。

現在業界講的全印刷都是不包括上面的金屬陰極的,這不是真正的全印刷。現在講的最後還是要拿到真空盒子裡面去鍍陰極,隻有金和銀這一類穩定的金屬才有可能在溶液加工。

所以我們這個發現使我們有可能用鋁或者銀、金、銅這一類的金屬把它的功函數拉下來。所以我們看到這個例子,用綠色的PPV加上PFM,我們可以看到它的效率比原來的更高,如果沒有中間這一層鋁,那就是基本上不發光的。更有意思的一點,不僅是鋁,在金的使用上它也可以發光,并且效率還很高。這個原理可以從開路電壓可以看到,它的開路電壓加了這一層,把它的功函數就拉下來了,這裡還有很多其它的證據,最直接的就是UPS的證據,它發生了移動。并且我們發現在做X光散射的時候加了這一層,它就出了一個新的短周期的顔色,這就說明這一層在陰極和發光層之間,它有自發光的排列。用這個不僅可以鍍銀,你還可以更容易加工,使它制成高效的發光器械。雖然用銀膠還不如真鍍的銀,但是比鋁的器械還要高一些,在這上面就容易加工了,可以用印刷的方式。當然它的功耗比普通低功函數的金屬要高一些,我們用複合的電子處理層就初步解決了它的功耗高的問題。

在這個基礎上,就要做銀膠的墨水,用金是不太合适的,因為太貴了,在銀膠方面我們做了大量的工作,可以看到它的界面層可以非常均勻地形成這個界面,這樣就做成了單色顯示的顯示屏。在這個基礎上,加上很多層,就可以一次打出紅綠藍全色的顯示。

能對折才是真正的柔性顯示

現在大家都講柔性,像三星生産的這些都處于它的第一階段,就是可以彎曲,要再進一步就是可以卷的,最後是可以對折,這是不同的柔性的程度。以我們的觀點來說,要能對折的才能是柔性的。

現在像iphoneX這種都是在一個玻璃襯底的基礎上把它貼在上面,是比較容易彎曲的。我們用金屬氧化物,它可以做成大面積的,成本比較低,但是它有很多問題。

首先對我們的問題,現在包括夏普和LG,這是國際上兩個可以用金屬氧化物生産的企業,他們都是用東京大學IGGO的體系,就是用鉀參加的氧化鋅。我們在這個基礎上完全是用稀土金屬來摻雜,這樣有了新的化學方面的專利,在這個基礎上,我們開展了這個工作。

第二步就是做TFT的各種制成,最後再把這個玻璃摘下來,這樣就完成了TFT的動作。我們發現用稀土摻雜的材料可以得到比較高的遷移率,我們現在測到40左右的遷移率,這樣就可以大大擴大它的應用範圍,因為電流加大了,電壓降低了。并且我們在這中間除了在材料上的發明以外,在工藝上也有新的方法,減少了一次光刻,使它比非晶矽的工藝更加結晶。

電化學聚合圖案化實現OLED全色顯示屏 

用電化學聚合實現圖案化,這是全新的一個方法,國際上還沒做過這種研究。原來的電聚合的聚合物主要是研究它的強度之類的,或者是它的氧化還原,做電池之類的,主要不發光,一個是它不規整,一個是它有很多摻雜劑在裡面。采用了這個體系以後,我們發現了這個特點,所以就能夠得到比較規整的聚合膜,在ITO的背闆上可以做出非常高的分辨率,我們可以得到非常均勻的膜,這是單色的,現在我們可以做到2100PPI分辨率,這是一種很有用的技術。

我們可以利用電化學聚合物的優勢,你把這個基闆插到溶液裡面,然後分别每個電極都使它圖案化了,不需要任何研磨,和噴墨打印可以有異曲同工的作用,但是它的好處是不需要考慮這個溶液的黏度等等,噴墨打印還有很多深入的流變學的問題要研究,将來這就有可能發展成為一個便宜的方法,并且可以是大面積使用的。

現在我們考慮把它輪流用電解的方式,用不同的顔色把紅綠藍做出來,這樣就可以實現全色。

在PMOLED顯示屏上做的,我們現在已經做到2100PPI的分辨率,這是我們跟合作單位能拿到的襯底最好的結果。将來要怎麼做呢?我們現在已經初步做了,在TFT的基闆上直接做,把TFT器件的基闆作為電聚合的電極,這樣就可以在上面找出紅綠藍,哪一行通電它就沉積了,這是初步做的放大170PPI的,這是我們現在能從新視界拿到的最高的TFT的背闆的初步實驗結果。



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