．印刷技術能否書寫未來顯示新篇章？

Flexible display Technology

康橋科技 —— 白光攝影機專業廠商！

來源： OFweek 显示网邵阳

來源： OFweek 顯示網邵阳

我們正處在一個不斷進步和突破的時代，眼下人們習慣使用的手機、筆記型電腦、電視等，大多採用基於薄膜晶體管驅動的液晶顯示器(TFT-LCD)。

針對TFT技術，金屬氧化物TFT已經等離子了全球眾多面板製造商的關注，並有望「走出」實驗室「邁向」市場。金屬氧化物 TFT具有遷移率高，亞閾值陡，關態洩漏電流低，以及制備工藝靈活等優點。

傳統TFT鍍膜技術，通常採用以濺射為代表的物理氣相澱積（PVD）法和等離子體化學氣相澱積（PECVD）法，這些技術需要在高真空下進行，具有高成本、高污染、高能耗的缺點。

另一方面，基於光刻技術的傳統微加工技術，雖能提供非常精細的圖形加工能力，但是，設備成本非常高，耗材嚴重，且套刻偏差不利於實現柔性TFT的制備。因此，無掩膜和非真空技術，已成為人們積極開展的研究方向。

圖1 （a）印刷技術和（b）傳統光刻技術的比較

那麼是否存在這樣的加工技術，它能夠結合非真空技術實現低成本，用材少的目標。隨著人們對TFT製造技術的不斷探索，印刷電子技術應運而生。

顧名思義，印刷電子技術是將電子材料，配成流動性的墨水，像印刷報紙那樣，採用印刷的方法，大批量地制備各種電子元器件，這無疑要比傳統的方法經濟得多。圖1將印刷技術與傳統光刻技術進行了比較。

從圖中可以看到，印刷技術採用按需滴液的方式，直接形成圖形化的薄膜，這種加成法的技術，與減成法的光刻技術相比，在節省材料的同時，能夠大大簡化製程步驟，減少污染，降低成本。

其中，針對金屬氧化物TFT而言，用於在襯底上形成氧化物半導體薄膜的墨水，可分為兩大類，分別是溶膠-凝膠（sol-gel）型墨水，和奈米顆粒型墨水。前者通常是將金屬鹽作為前體溶解在溶劑中得到，後者通常是金屬氧化物奈米顆粒，在一定條件下均勻分散於溶劑中形成。

採用溶膠-凝膠型墨水形成薄膜時，金屬鹽溶液需要進行縮合化學反應，並經過乾燥、燒結固化形成金屬氧化物半導體薄膜。奈米顆粒型墨水的成膜過程，也需要透過高溫，使有機溶劑等雜質充分揮發去除。

但與溶膠-凝膠相比，奈米顆粒可以在相對較低的溫度進行燒結，具有低溫製備的潛力，且奈米顆粒型墨水比較穩定。但是其弊端在於形成的薄膜比較粗糙，奈米顆粒間的孔隙和有機殘留物，會阻礙電子傳輸，導致薄膜具有較低的遷移率，和較高的電阻。

需要說明的是，墨水就是可印刷的溶液，而這種由溶液經過固化成膜的方法，通常被稱為溶液法。與濺射的氧化物半導體薄膜相比，採用非真空溶液法製備氧化物半導體薄膜，除了低成本的優勢，還能簡單方便地，調整各個溶液的配比，從而更加靈活地改變金屬氧化物中各元素，所佔的百分比。但是，溶液法製備氧化物TFT尚不成熟，器件的性能有待進一步提高。

圖2（a）柔性顯示螢幕（b）可穿戴手套示意圖

此外，隨著顯示技術的蓬勃發展，消費者對於有創造力的產品設計元素越來越看重，柔性顯示能夠打破目前顯示螢幕，平整單一的外觀，如圖2（a）所示，其可彎曲的特性，將給生產商帶來更多設計的靈感，從而出現更多的新產品。比如更加貼合手腕的智能手環，更加輕薄的可穿戴設備，如圖2（b）所示，給人們的佩戴，帶來更加輕便的體驗，外觀更加時尚的智慧手機等。

與卷對卷技術（Roll to Roll）無縫對接的印刷技術，在柔性顯示方面具有得天獨厚的優勢，因此，印刷技術的應用前景廣闊，有望在製造柔性電子器件方面大放異彩，促進柔性顯示的發展。圖3給出了採用柔性襯底的卷對卷技術示意圖。

圖3 卷對卷工藝示意圖[3]

雖然基於溶液法的印刷技術具有直接圖形化，節省材料，和非真空等許多優點，很有希望取代傳統的鍍膜技術（PVD、PECVD等）和光刻技術，擺脫昂貴複雜的真空技術。

但相較於光刻技術，當前的印刷技術所能做到的，最小線寬在微米量級，暫無法實現亞微米級的精細圖形加工能力。需要克服的技術難點包括：墨滴成膜形態的控制，墨水的選擇，套印精度和圖案的均勻性等。

此外，在未來研究工作中需要關注的重點，還包括：開發更加先進的印刷設備，從而保證墨滴在大面積襯底上，能夠穩定噴塗；針對採用柔性襯底的連續卷，對卷印刷技術研製出更加合適的噴頭。相較於在高真空下沈積的薄膜，溶液法制備的薄膜通常不夠致密均勻，且製備過程需要經過高溫，或者長時間的降溫。

目前，溶液法制備氧化物TFT尚處於實驗室研究階段，人們致力於降低處理溫度、縮短降溫時間，尋找P型溝道材料等。因此，印刷技術在未來顯示中，得到廣泛應用還有很長一段時間，在此期間，該技術仍須面臨諸多挑戰。