喷墨打印电致发光薄膜及器件制备方法的研究

发布时间：2018-04-09 21:32

本文选题：喷墨打印　切入点：有机电致发光　出处：《华南理工大学》2016年博士论文

【摘要】：有机电致发光显示器(OLED)具有质量轻薄、广视角、色彩明亮、画面响应速度快、能耗低及可柔性加工等优势,被认为是二十一世纪最受瞩目的新兴技术之一。实现全彩色和大面积平板显示器是OLED发展的重要目标之一。RGB三色独立发光是目前采用最多的发光模式,实现这一技术需要RGB三原色技术。一般小分子量RGB材料制备的彩色显示是通过金属掩膜板蒸镀工艺实现的。然而,在蒸镀过程中约有90%以上的材料被镀到蒸镀腔体内,没有被有效利用。另一方面,对于高分辨率显示屏来说,高精度掩膜板的制造成本非常高,是造成高成本OLED的主要原因之一。聚合物材料分子量大,不能通过蒸镀工艺制备成膜,所以对于聚合物材料一般采用溶液加工技术制备薄膜。喷墨打印(inkjet printing)是一种重要的实现RGB三原色像素的溶液加工技术,采用该技术的材料利用率高,且无需使用掩膜板可实现图案化,同时具有工艺简单、成本低廉的特点,是制作OLED显示屏最具潜力的彩色化成膜技术。溶液在基板上形成固态薄膜的相转变过程十分复杂,所以采用喷墨打印制备有机薄膜的工艺需要不断的研究和探索。针对调控喷墨打印制备的薄膜形貌的研究有很多,但因为墨水干燥过程的复杂性,加之很多公司的墨水配方技术仍处于保密状态,目前缺乏有规律的配制墨水的方法。最近,小分子发光材料的溶液加工成膜技术的发展较快,因为小分子材料具有发光效率高、易合成和提纯、制备成本低。而且小分子材料的分子量较低,因此溶液加工成膜质量较差,小分子的墨水配方和成膜工艺一直是研究的难点,尽管有些公司对喷墨打印制备小分子薄膜有些工艺研究,但极少公开报道墨水配制方法。用喷墨打印技术制备OLED器件时,一般在基板上制作像素坑阵列,使溶液能够在精细的像素坑内沉积成膜而避免与相邻像素混合。但这种基板设计的像素分辨率较低。最近,量子点电致发光材料颇受关注,由于它具有色域宽、色纯度高、发光波长可调、易合成加工等优势,在固态照明和平板显示方面成为极具发展潜力的LED发光材料。作为无机半导体材料,量子点无法采用真空蒸镀方法沉积薄膜,所以目前一般考虑使用喷墨打印技术制作彩色量子点发光器件。基于以上背景,本论文的主要研究内容如下:1.详细研究了多种因素对喷墨打印小分子薄膜轮廓的影响。首先,通过溶剂筛选获得了稳定喷墨的小分子墨水。粘度是实现稳定喷墨的重要因素,对于我们使用的喷墨打印设备,小分子墨水粘度在1cP及以上时即可稳定喷墨。对于单溶剂Pxy和CB配制的墨水,喷墨打印的薄膜存在明显的“咖啡环”轮廓,我们从墨水接触角、溶剂配方、材料浓度、液滴间距、基板表面能等多个角度展开研,究,最终消除了“咖啡环“结构。溶液在基板上的接触角决定了喷墨打印薄膜的点或线的宽度,溶剂极性越大,与基板的接触角越大,也就更容易获得较窄的薄膜;材料浓度对薄膜的咖啡环轮廓影响较小,但浓度较大的小分子墨水,容易获得线宽较窄的打印薄膜;调节液滴间距实现了均匀沉积的线薄膜。材料1c对溶剂DMA的表面张力影响较大,所以在混合溶剂墨水中更容易形成促进溶剂流动的表面张力差,有利于抵消“咖啡环”效应。随着喷墨打印液滴间距的缩小,混合溶剂绿光墨水1c/Pxy-70的薄膜轮廓从“咖啡环”轮廓变为“拱形”结构。这种变化是因为液膜厚度的增加,导致溶液会发时间延长,从而使液滴内部的Marangoni流积累抑制了“咖啡环”。基板表面能不仅改变了液滴的铺展直径,还改变了液滴的薄膜轮廓。在低表面能基板上,可以获得较均匀的薄膜,而在表面能较高的基板上容易产生“咖啡环”现象。2.研究了喷墨打印显示屏的像素结构设计,提出了一种线型像素显示屏结构,研究了用喷墨打印方法制作小分子红光和绿光发光层的电致发光器件。以此设计思路,我们设计并制备了120 ppi、3 inch的线型像素结构的蓝光聚合物显示屏,研制的显示屏无明显坏点和坏线。3.研究了不同有机空穴传输材料对核/壳型量子点发光器件性能的影响,结果发现有机空穴传输层材料的HOMO能级是影响QD-LED器件性能的主要因素。通过优化量子点和氧化锌薄膜热处理温度,提高热处理温度可以大幅提高量子点的载流子传输性能,从而提高了QD-LED器件的发光效率。最后用喷墨打印技术在PVK基板上用喷墨打印技术制备了线宽为220μm的线状薄膜,并制备了量子点发光(QD-LED)器件。
[Abstract]:An organic electroluminescent display ( OLED ) has the advantages of light weight , wide viewing angle , bright color , high picture response speed , low energy consumption and flexible processing . In this paper , the influence of different organic hole transport materials on the performance of the thin film is studied .

【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN383.1;TB383.2

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