纳米银导电墨水在柔性显示方面的应用

随着电子产业的快速发展，柔性屏幕手机和电视成为电子产品发展的重要方向。柔性屏幕采用OLED（有机发光二极管）面板，被称为“梦幻般的显示器”，是全球公认的继液晶后的下一代主流显示器，具有宽视角、超薄、响应快、发光效率高等优点。

在印刷工艺制备中，高分辨率显示对OLED显示屏阴极有严苛的要求，采用纳米银导电墨水打印阴极是目前前沿的解决方案之一。在此方面华南理工大学的郑奕娜等人做了大量的实验研究，在国际上首次实现了红、绿、蓝单色和全彩色PLED显示屏的全印刷制备。具体来说，高分辨率显示要求阴极线非常细密，在线内良好连通导电，在线间完全隔断绝缘，在加工过程中必须避免任何的压力不当和溶剂侵蚀以保护有机功能层。

喷墨打印工艺和纳米银导电墨水可以很好地满足印刷精度和印刷压力的要求，但需要在有机功能层和印刷阴极之间设计多功能缓冲层，有效阻挡纳米银导电墨水溶剂的侵蚀。华南理工大学通过引入多功能缓冲层，使用喷墨打印纳米银墨水制备阴极，克服印刷工艺难点，成功制备出无缺陷、高性能、高分辨率的OLED显示屏，得到了1．5英寸、96×3×64点阵、无坏点/坏线的红、绿、蓝单色和全彩色OLED显示屏。全印刷工艺不需要高温热处理及真空沉积设备，能够大幅降低OLED显示屏的生产时间、能耗和成本。

OLED阴极的具体制备过程是：取纳米银电子墨水2ml，经过0．45μm孔径疏水系过滤器过滤，再灌注进喷墨打印机（型号DMP2831，购于FUJIFILM Dimatix公司）的墨盒中。设定喷墨打印机的喷嘴与基板的距离为1000μm，电子墨水液滴的间隙为25μm后，在PLED显示屏的缓冲层上喷墨打印阴极，形成64个平行的矩形电子墨水图案（阴极线），单个矩形长度约为42mm，宽度约为0．28mm。阴极线阵列垂直于ITO阳极线阵列，两者重叠的面积即是有效的发光面积。在阴极打印完成后，在氦气手套箱内将PLED显示屏以80℃烘干，除去电子墨水中的溶剂，接着在140℃下退火30min，以烧结纳米银颗粒使阴极线导通。

全彩PLED显示民间的全印刷制备工艺和器件展示（a） 喷墨打印红、绿、蓝发光材料制备发光层，喷墨打印纳米银电子墨水形成阴极图案（b）PLED显示屏的结构示意图（c）一个完整PLED显示器的正面照片

纳米银导电墨水的另一个主要应用是制备有机薄膜晶体管（OTFT）的银电极，OTFT可驱动OLED。以OTFT为代表的柔性电子技术具有器件可伸展弯曲、加工设备相对简单、成本低廉等优点，在大面积的柔性显示设备及低成本的智能电子标签等领域具有广阔的应用前景。

将银纳米颗粒分散在有机溶剂中，可在100℃或更低温度下烧结，适应于印刷OTFT电极，优点是接触电阻低，喷墨打印方式适合大面积加工。纳米银可印刷在塑料基底上，超过150℃塑料基底承受不了，所以要低温烧结。权衡纳米银的稳定性和低温烧结特性，有几种方法用来降低纳米银的烧结温度：1．氩-等离子体烧结或激光脉冲烧结；2．UV固化；3．减少液滴的体积至飞升来加快有机溶剂的蒸发。

日本的Kenjiro Fukuda等人研究了用纳米银墨水制备OTFT的源/漏电极。下图是有机薄膜晶体管的示意图，其中门电极和源漏电极都是用纳米银导电墨水旋涂的。其关键制造技术是制作源漏极间沟道长度的高分辨率图案化技术，直接影响输出电流、开关速度等器件性能，大多数应用要求沟道长度小于10μm。通过限制墨滴在打印基底上的浸润能力，可以有效减小电极间的沟道长度。此外，还要求平坦的表面形貌，边缘整齐。

总的来说，纳米银墨水喷墨打印或旋涂、直写制备电极具有广阔的应用前景，不仅电学性能满足应用要求，而且工艺不需要高温热处理及真空沉积设备，能够大幅降低OLED显示屏的生产时间、能耗和成本，适用于工业化生产。