材料沉積噴墨打印及
涂層系統解決方案

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<p>各類發光材料打印測試研究、柔性顯示器件、OLED、QLED、Mini LED、Micro LED、LCD、彩色轉換膜、彩色濾光片、量子點防偽標簽等。</p>

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各類發光材料打印測試研究、柔性顯示器件、OLED、QLED、Mini LED、Micro LED、LCD、彩色轉換膜、彩色濾光片、量子點防偽標簽等。

典型案例

  • ▲ 聚合物發光顯示器(PLED)

    聚合物發光顯示器(Polymer Light-emitting Diode Display, PLED Display)因其材料發光顏色在全可見光區內可調、可溶液簡單加工及適用于柔性大面積器件的生產而吸引了更多的目光。高質量聚合物薄膜的制備是PLED器件制作的關鍵,噴墨打印因為具有加工過程簡單高效、材料利用率高、適用于溶液加工、適用于柔性襯底、易于卷對卷工藝的整合和自動化等優點,被認為是最具有應用潛力的技術。 MicroFab公司的Jetlab?Ⅱ噴墨打印技術,其可打印溶液的粘度范圍在1~30cps,表面張力范圍在28~65mN/m。在噴墨打印制備PLED顯示屏的過程中,液滴定位小的偏差就會引起液滴錯位,造成像素短路以及顯示顏色混亂等問題。因此,打印過程中,噴射出的液滴飛行后如何精確的落入對應的RGB子像素中對于制備高性能PLED器件十分關鍵。決定液滴定位偏差的因素主要有打印平臺移動誤差引起的著陸位置偏差。隨著技術的發展,現在的打印機精度也越來越高了,MicroFab研制的 Jetlab?xl-300的打印精度控制在±3μm,Jetlab?Ⅱ的打印精度控制在±1μm。

  • ▲ 柔性有源矩陣有機發光二極體(AMOLED)

    由噴墨印刷的高遷移率有機薄膜晶體管驅動的柔性有機發光二極管顯示器,像素密度為50 ppi,提取發射光的孔徑比為39%。

  • ▲ 量子點電致發光二極管(QLED)

    量子點電致發光二極管(Quantum dot light-emitting diode,簡稱QLED),是在電流激發下使量子點發光的器件。相對于傳統LCD與OLED顯示,量子點顯示具有明顯的優勢:超NTSC的寬色域,顯色能力更強;色純度高,顏色還原能力強;發光波長可調,易合成與加工。而且其發光效率高,光、熱及化學穩定性好。 噴墨打印技術是一種非接觸、節約材料和可重復加工的滴涂溶液技術。它的優勢在于可精確定位微米液滴、材料選擇廣泛、有效節省材料以及大面積生產化降低成本,而且不需要昂貴的掩膜板,非接觸式加工不會對基板產生污染。此外,噴墨打印技術可以自動化地進行圖案化加工?;谝陨蟽瀯?,目前噴墨打印技術已經在顯示行業中得到了開發和應用。目前,噴墨打印技術是制作QLED平板顯示屏的重要技術。 MicroFab公司的Jetlab?Ⅱ噴墨打印機,主要是由可精確移動的平臺(x-y 軸精度為3μm)、噴頭、儲液系統(包括墨盒和連接噴嘴的連接器),氣壓控制系統,視覺觀測模塊系統、各種部件之間的連接器、計算機主機及軟件等幾部分組成。此外,該噴墨打印機還有加入了精確的溫控系統,可以用準確地控制基板和噴嘴的溫度。Jetlab?Ⅱ采用的是壓電陶瓷噴嘴噴墨原理,其核心部件即MicroFab噴頭(Nozzle)是由一個被壓電驅動器包圍的毛細玻璃管組成。毛細玻璃管露出外面的一端形成噴嘴(內徑10-100μm),當給定一個電壓脈沖時,壓電驅動器通過逆壓電效應產生一個聲學壓力波并穿過玻璃噴嘴進入液體中傳播。而在噴嘴尖端,在壓力波的作用下,液體加速并形成小液柱離開噴嘴,然后在慣性力的作用下液滴與小液柱斷開,最后形成一個單獨的下落液滴。噴墨打印液滴形成的過程由可視化頻閃攝像機系統觀測。水平的CCD照相機、噴墨打印噴嘴、閃頻激光瞄準器被固定在同一光軸和同一平臺上。捕捉圖像的激光頻閃器需要與CCD照相機同步耦合,其中延遲拍攝微米級液滴的能力是觀測到液滴下落過程的關鍵技術。通過這一觀測裝置,可以獲得液滴形成整個過程的照片。 研究發現,選取苯基環己烷(CHB)作為溶劑,得到可以穩定噴墨的紅光量子點墨水。量子點在PVK表面可以形成咖啡環較小的薄膜,在PVK基板上噴墨打印點的直徑為200μm,打印線寬為220μm,可成功制備量子點發光(QD-LED)器件。

  • ▲ 量子點發光二極管(QLED)

    提高噴墨打印量子點發光二極管(QLED)的穩定性對于該技術在商業上可行至關重要。主要障礙是油墨系統的可印刷性和載體傳輸層的功能之間的折衷。在“具有高運行穩定性的高性能噴墨印刷量子點發光二極管”的研究中,報道了一種由辛烷、1-環己基乙醇和乙酸正丁酯組成的三元油墨系統,它解決了打印量子點油墨與下方空穴傳輸層之間的腐蝕問題。開發了梯度真空后處理,以配合具有梯度真空壓力的三元油墨系統,這有助于形成均勻的打印層?;谶@兩種技術,噴墨打?。∕icroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印系統 Jetlab?Ⅱ)的 R/G/B QLEDS 具有高分辨率圖案,顯示出高效率和穩定性。 R/G/B器件的外量子效率分別為19.3%、18.0%和4.4%。相應地,半工作壽命分別高達 25 178 h @ 1000 cd m-2、20 655 h @ 1000 cd m-2 和 46 h @ 100 cd m-2。該研究在油墨工程和后處理方面的改進,將器件的效率和穩定性提升到了一個更高的水平,并證實了印刷QLED在顯示行業的應用前景。

  • ▲ 量子點發光二極管(QLED)

    噴墨打印是一種很有前途的沉積技術,它能夠進行大面積制造和無掩模圖案化。對于噴墨打印的量子點(QD)發光二極管(LED),QD通常溶解在溶劑和增稠劑墨水系統的混合物中。然而,空穴傳輸層可能會被這種量子點墨水侵蝕,導致表面形態粗糙,導致載流子泄漏和器件性能下降。這種現象首先是用原子力顯微鏡和截面掃描電子顯微鏡直接觀察到的。因此,相關研究團隊重新設計了空穴傳輸層的退火工藝,以實現優化的光滑表面,減少噴墨打印QD LED(QLED)的缺陷數量。優化的形態使使用CdSe量子點的噴墨打?。↗etlab?Ⅱ高精度噴墨打印系統)紅色QLED恢復了超過30,000cd/m2的最大亮度和7.52%的外部量子效率,這與旋涂設備相當。此外,恢復的表面形態也提高了噴墨打印設備的使用壽命。噴墨打印設備在1000cd/m2下的T50壽命從26小時提高到127小時,當以100cd/m2運行時,T50壽命延長至8013小時。

  • ▲ 彩色轉換膜

    目前量子點油墨主要使用昂貴的、有毒的、易燃的有機物質作為溶劑,針對此背景,廈門大學固體表面物理化學國家重點實驗室的解榮軍教授課題組提出了以水作為溶劑,通過MicroFab Jetlab?4-xl噴墨打印設備利用鹵化物和聚乙烯醇基水性油墨原位制備了綠色轉換膜,該轉換膜顯示出90μm的高分辨率點陣,85%的高光致發光量子產額,并且在環境中具有空氣和光穩定性,藍色和紅色轉換膜也可以使用水性油墨進行噴墨打印制備,新型水性量子點油墨具有的高分辨率及高可靠性在mini/micro LED領域有很大前景。(2021)

  • ▲ 微型鈣鈦礦量子點發光二極管(Micro-PeLED)

    基于III-V族半導體的微型發光二極管(micro-LED)顯示器被認為是最有前途的顯示技術之一,具有超高亮度和分辨率、強對比度和超大色域,但目前存在效率低、產量低的問題產量大,成本高。在“用于全彩顯示器的微型鈣鈦礦量子點發光二極管(Micro-PeLED)”的研究中,建議通過使用微型鈣鈦礦量子點LED(micro-PeLED)作為發射器來實現具有成本效益的全彩micro-LED顯示器。通過原位噴墨打印銦結構的鈣鈦礦量子點(PeQD)發射層,制造出明亮均勻的紅綠藍 (RGB)micro-PeLED陣列,每個像素尺寸小至 45 μm氧化錫/聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸鹽)(PEDOT:PSS)/聚(9-乙烯基咔唑)(PVK)/十二烷基硫酸鈉(SDS)/PeQD/1,3,5-tris(1)-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TPBi)/LiF/Al。這些RGB micro-PeLED陣列對紅色、綠色和藍色的外部量子效率分別為0.832%、0.419%和0.052%,分辨率為210PPI,色域廣(國家電視標準委員會的135%標準)。作者進一步展示了柔性全彩有源矩陣micro-PeLED顯示器,在未來的超高清顯示器、光通信和人工智能中具有潛在應用。(上圖a) 空穴傳輸層上打印的PeQD陣列示意圖。 b) PVK上發綠光的CsPbBr3PeQD陣列的熒光圖像。 c) SDS上打印的PeQD陣列的示意圖。 d) CsPbBr3PeQD陣列在SDS上的SEM圖像。 e) CsPbBr3PeQD陣列在SDS上的熒光圖像。 f) micro-PeLED的器件結構。 g) 非等離子蝕刻和等離子蝕刻設備。 h) micro-PeLED的HAADF-STEM橫截面圖像。)(2022)

  • ▲ MicroLED

    EHD噴墨打印量子點微陣列,點直徑2μm,中心距4μm(睿度光電2021量子點打印測試)

  • ▲ 鈣鈦礦量子點圖案

    可打印的鈣鈦礦量子點(QD)墨水對于使用噴墨打印為不同種類的新興鈣鈦礦光電應用實現高質量無咖啡環熒光微陣列非常重要。在“用于使用噴墨打印的無咖啡環熒光微陣列的可打印 CsPbBr3鈣鈦礦量子點墨水”的研究中,相關研究團隊通過混合高沸點十二烷和低沸點甲苯作為溶劑制備了可打印的CsPbBr3鈣鈦礦QD墨水。通過調整這兩種溶劑的體積比,仔細優化油墨的蒸發速率、粘度和表面張力,形成合適的馬蘭戈尼流動,從而平衡毛細流動,進一步消除咖啡環效應。通過在PVK(聚-(9-乙烯基咔唑))層上噴墨打?。∕icroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印系統 Jetlab?Ⅱ)優化的鈣鈦礦量子點墨水,成功地實現了具有均勻表面、低粗糙度和無咖啡環的CsPbBr3鈣鈦礦微陣列。此外,研究團隊對CsPbBr3鈣鈦礦QD墨水進行了圖案化,打印的圖案僅在紫外(UV)光下可見,未來可應用于隱形防偽標簽和加密。

  • ▲ 綠色準二維鈣鈦礦圖案

    鈣鈦礦材料由于其優異的光學特性(包括可調帶隙和高效發光)而成為顯示和照明的有希望的候選者。但是,它們的效率和穩定性必須提高才能進一步應用。在“噴墨打印的高度發光和穩定的綠色準二維鈣鈦礦嵌入聚合物片材”的研究中,通過噴墨打?。∕icroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印系統 Jetlab?Ⅱ)制備嵌入不同聚合物中的準二維(準二維)鈣鈦礦,以在聚合物基板上構建任何發光圖案/圖片。聚氯乙烯基準二維鈣鈦礦復合材料的優化量子產率達到65%以上。此外,制成的具有圖案的鈣鈦礦-聚合物復合材料表現出優異的耐磨性、耐濕性、耐光照射性和各種溶劑的化學侵蝕性。量子產率和壽命都優于迄今為止報道的那些。+陽離子以提高鈣鈦礦的亮度和穩定性。這種圖案化的復合材料可用于低成本和大規模制造的顏色轉換薄膜。

  • ▲ 鈣鈦礦發光二極管PeLED

    作為一種有效的制造技術,噴墨打印非常適用于下一代顯示器中鈣鈦礦發光二極管的制造。然而,使用噴墨打印制造的鈣鈦礦發光二極管效率不理想,阻礙了其未來應用的發展。在“通過噴墨打印制造高效鈣鈦礦納米晶體發光二極管”的研究中報告了使用噴墨打印的高效 PeLED,其外部量子效率為 7.9%,電流效率為 32.0 cd/A,亮度可達 2465 cd/m2;這些值是文獻中噴墨打印的 PeLED 當前效率的高值之??一。研究團隊設備(MicroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印系統 Jetlab?Ⅱ)的出色性能是由于 PVK 層上的無咖啡環且均勻的鈣鈦礦納米晶體層,這是由真空后處理和使用合適的墨水產生的。此外,鈣鈦礦層的表面粗糙度和厚度可以通過調整打印點的間距來有效控制。本研究對噴墨打印在 PeLED 制造中的應用進行了深入探索,這是未來 PeLED 工業生產很有前景的方法之一。(2022)

  • ▲ 發光器件量子點薄膜

    噴墨打印被認為是實現大尺寸全彩RGB量子點LED顯示屏的一種可行方式,關鍵是要獲得表面輪廓均勻、平整的打印薄膜。在“用于發光器件的改性ZnO傳輸層上使用混合溶劑系統噴墨打印的無咖啡環量子點薄膜”的研究中,相關研究團隊使用20vol% 1,2-二氯苯 (oDCB) 與環己基苯 (CHB) 的混合溶劑來溶解具有CdSe@ZnS的綠色量子點 (QD)/ZnS 核/殼結構。然后,通過噴墨打?。∕icroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印系統 Jetlab?Ⅱ),在聚醚酰亞胺(PEI)改性的ZnO層上成功獲得了不含咖啡環的扁平點狀QDs薄膜,打印的點陣具有良好的穩定性和可重復性。在這里,將 oDCB 添加到 CHB 溶液中用于降低表面張力,并使用 PEI 改性的 ZnO 納米顆粒層來增加表面自由能。結果,形成了一個小的接觸角,從而導致蒸發速率的提高,進而抑制了咖啡環效應。最終實現了具有平面輪廓的印刷點。此外,還成功地制造了以 PEI 改性 ZnO 薄膜作為電子傳輸層 (ETL) 和印刷綠色 QDs 薄膜作為發射層的倒置綠色 QD-LED。QD-LED 的最大亮度為 12 000 cd/m2和 4.5 cd/A 的峰值電流效率在 1500 cd/m 2的亮度。

  • ▲ 藍色OLED

    噴墨打印是有機發光二極管 (OLED) 的理想技術,因為它與大面積低成本全彩色像素化顯示器兼容。在“用于像素化顯示器的高效噴墨打印藍色 OLED,使用主體摻雜增強電荷傳輸”的研究中,相關研究團隊提出了一種通過將 3,5-雙(N-咔唑基)苯(mCP)作為主體材料引入有機發光層來制造高效噴墨打?。∕icroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印系統 Jetlab?Ⅱ)藍色OLED的策略。通過仔細調整mCP與聚 [(9,9-二辛基-2,7-芴)-co-(二苯并噻吩-S,S-二氧化)] (PFSO) 的重量比,該器件表現出卓越的電荷傳輸能力,領先平衡電荷傳輸和優化效率。此外,結合修改mCP:PFSO油墨配方,在聚(乙撐二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT:PSS)層上實現了低粗糙度有機發光膜。噴墨打印器件的性能顯著提高了近五倍,最大亮度和外量子效率分別為3743cd/m2和5.03%。錦上添花的是,研究團隊成功制作了3英寸藍色OLED陣列器件,亮度均勻度達到92.7%,在噴墨打印實現簡單結構大面積高效OLED方面展現出廣闊的潛力。

  • ▲ 鈣鈦礦熒光圖案

    近年來,鈣鈦礦材料在背光、色彩轉換和使用溶液工藝制造的防偽標簽等應用中展現出了廣闊的前景。上圖為借助MicroFab Jetlab?Ⅱ高精度噴墨打印機可原位制備具的有理想形態的結晶鈣鈦礦-PVP納米復合材料微陣列,一種在周圍環境中隱形,與柔性基板兼容,且生產成本低廉的圖案化熒光防偽應用。

  • ▲ 熒光量子點防偽標簽

    隨著科學技術的發展,對于防偽技術的要求也越來越高。一種理想的防偽技術應該是廉價的、無損的、不可復制的,以及便于鑒定和大批量生產的。雖然產業界已經開發了多種防偽技術,但能滿足上述要求的技術卻很少。福州大學研究團隊采用MicroFab公司研發的Jetlab?Ⅱ高精度噴墨打印設備,并配合采用直徑30μm的打印噴頭制作出微米級量子點發光圖案,創新性地在基板表面構建有隨機分布的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微納米顆粒,作為噴墨打印輸運過程中的聚集釘扎點,強化微米級墨滴蒸發流動以及量子點組裝過程中的差異性,形成不可復制的“花狀”發光圖案;成功應用于低成本、可柔性化、自然條件下隱蔽、具有多重防偽和商業化價值的不可復制的全彩熒光防偽標簽。該團隊還提出了一種方便可靠的基于人工智能的驗證方法,能夠快速辨別出具有不同清晰度、亮度、旋轉、放大等不同參數的,且具隱蔽性的、不可復制的花狀發光圖案。

  • ▲ 熒光防偽標簽

    發光材料已廣泛應用于信息安全領域。然而,借助紫外光激發產生可見光發射的單模防偽技術較為粗糙且易于解密。在“銫鉛鹵化鈣鈦礦納米晶體之間的水誘導可逆相變可實現熒光防偽”的研究中,廈大相關研究團隊建立了一種基于鈣鈦礦納米晶體(NCs)的可逆開/關發光的新型信息加密和解密技術,該發光是由無發光的 Cs4PbX6(X = Cl,Br,I)到可見光的相變引起的。發光CsPbX3NCs。這種相變很容易通過控制水含量來實現,其中Cs4PbBr6NCs可以轉化為綠色發光的CsPbBr3NCs在水蒸氣處理下,后者通過真空干燥迅速變回Cs4PbBr6NCs。水誘導的光致發光開關在信息加密和解密方面具有可重復性、穩定性和可靠性,正如使用Cs4PbBr6NCs在環己烷溶液中的安全墨水在玻璃基板上噴墨打印圖案化薄膜所證明的那樣。此外,包含機密信息的圖案化薄膜中的每個像素在微觀形態上都非常獨特,如果與人工智能相結合,可以實現多模式防偽。(上圖(a)為以Cs4PbBrNC環己烷溶液作為安全油墨的噴墨打印、機密信息加密和解密過程示意圖。(b)為在環境和365nm 紫外光下經水蒸氣或真空干燥處理后,廈門大學印刷標志在商用玻璃基板上的照片。)(2022)

  • ▲ 高分子發光二極管(PLED)

    許多正在開發顯示器制造方法的組織正在使用噴墨技術沉積發光聚合物。要使用這些材料構建有源元件,必須在結構中創建大約100納米的均勻層,并且該結構必須在聚合物層上產生電場。無論是通過旋涂工藝還是噴墨沉積,聚合物通常以低濃度(0.5-2%體積)懸浮在揮發性有機溶劑(如二甲苯)中。沉積后,除去溶劑,聚合物膜留在基材上。MicroFab已經證明,當將發光聚合物溶液打印到涂有空穴注入層材料的表面上時,可以實現小至30μm的特征尺寸。上圖是使用噴墨沉積來制造使用發光聚合物的像素化顯示器。發光聚合物打印在彩色顯示器中的80×100μm孔中。圖片由杜邦顯示器提供。

  • ▲ 有機發光二極管(OLED)

    近年來OLED因其廣視角、節能、髙對比度等多種優點,為曲面超薄顯示帶來了新希望,可廣泛應用于運動手環、智能手機的開發使用,達到隨意折疊、便攜使用。噴墨打印技術進行OLED器件的制備時,可獲得厚度均勻的薄膜,器件的整個發光情況一致;工藝流程簡單有效、可實現大面積印刷;定位精準、材料成本低;多噴嘴同時工作,避免多層溶液侵蝕。 MicroFab使用噴墨打印技術生產OLED顯示器的研究已超過10年。MicroFab公司的Jetlab?Ⅱ打印技術,在進行OLED器件制備中,定位精準較高,最小定位誤差可達到2μm。如圖所示,使用Jetlab?Ⅱ打印出的PEDOT墨水液滴在無結構基板上成凸起形貌,點直徑約為50μm。

  • ▲ 薄膜晶體管(TFT)

    有機薄膜晶體管(Organic Thin Film Transistors,簡稱TFT),不僅具備優異的柔性,同時還有諸多優勢:例如單位密度小,加工工藝簡單且具有較強的兼容性,可以實現高效的大面積制造,因此可廣泛應用于柔性顯示、柔性觸摸屏、可植入醫療器械、軟體機器人等方面。薄膜晶體管中,所有電極以及絕緣體和半導體材料部是聚合物溶液,其中,由于電極的體積非常小(單顆液滴的體積只有30pL,直徑約為38μm).可用噴印法進行制作。上圖顯示的是噴墨打印的有源矩陣顯示電子設備,4800像素,工作頻率為80Hz。由Plastic Logic提供。

  • ▲ 垂直有機場效應晶體管 (VOFET)活性層和電極

    與傳統OFET相比,垂直有機場效應晶體管(VOFET)具有更高的電流密度、更快的開關速度和更好的空氣穩定性,這極大地增強了驅動AMOLED背板的能力。不幸的是,溶液處理的VOFET的制造技術仍然非常復雜,只能集中在單電池水平上。在“噴墨打印垂直有機場效應晶體管陣列及其圖像傳感器”的研究中,在噴墨打?。∕icroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印系統 Jetlab?Ⅱ)的幫助下,溶液處理的VOFET的制造過程得到了顯著簡化,并且首次制造了溶液處理的VOFET陣列,表現出優異的器件性能和出色的機械穩定性。更重要的是,VOFET陣列表現出優異的光電探測器特性,首次展示了基于VOFET陣列的具有多點可見光探測和圖像識別的柔性圖像傳感器。因此,這一新工藝極大地簡化了VOFET器件的制造工藝并成功實現了陣列,推動了VOFET的商業化,在柔性顯示、多功能傳感器和可穿戴集成電路等領域展現出巨大潛力。(2018)

  • ▲ 3D顯示器針孔/微透鏡陣列(P/MLA)

    在“制作針孔/微透鏡陣列以提高整體成像3-D顯示器的分辨率”的研究中,相關研究團隊提出了一種新的具有針孔陣列的微透鏡陣列(MLA)制造方法——針孔/微透鏡陣列(P/MLA)用于集成成像3-D顯示器(II),它結合了光刻和噴墨打?。∕icroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印系統 Jetlab?Ⅱ)。黑色圓形凹槽陣列(BCGA)用作針孔陣列,激光3-D顯微鏡和自制裝置已用于P/MLA的表征。結果表明,以BCGA為模板可以獲得高精度的P/MLA。通過控制不同步長的驅動電壓、噴嘴與基板的距離以及液滴的數量,P/MLA具有形貌光滑、大小不一、幾何參數重復性好、聚焦均勻性好、會聚性能好等優點可以實現。為了演示,在II中應用曲率、焦距、數值孔徑和F數分別為815.8μm、1.60mm、0.1311和3.8的P/MLA進行重建,表現出良好的重建性能和高分辨率,BCGA降低了雜散光對II的影響,提高了重建圖像的質量。(2018)

  • MiniLED

  • LCD

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