材料沉积喷墨打印及
涂层系统解决方案

我们的应用

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<p>各类发光材料打印测试研究、柔性显示器件、OLED、QLED、Mini LED、Micro LED、LCD、彩色转换膜、彩色滤光片、量子点防伪标签等。</p>

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各类发光材料打印测试研究、柔性显示器件、OLED、QLED、Mini LED、Micro LED、LCD、彩色转换膜、彩色滤光片、量子点防伪标签等。

典型案例

  • ▲ 聚合物发光显示器(PLED)

    聚合物发光显示器(Polymer Light-emitting Diode Display, PLED Display)因其材料发光颜色在全可见光区内可调、可溶液简单加工及适用于柔性大面积器件的生产而吸引了更多的目光。高质量聚合物薄膜的制备是PLED器件制作的关键,喷墨打印因为具有加工过程简单高效、材料利用率高、适用于溶液加工、适用于柔性衬底、易于卷对卷工艺的整合和自动化等优点,被认为是最具有应用潜力的技术。 MicroFab公司的Jetlab®Ⅱ喷墨打印技术,其可打印溶液的粘度范围在1~30cps,表面张力范围在28~65mN/m。在喷墨打印制备PLED显示屏的过程中,液滴定位小的偏差就会引起液滴错位,造成像素短路以及显示颜色混乱等问题。因此,打印过程中,喷射出的液滴飞行后如何精确的落入对应的RGB子像素中对于制备高性能PLED器件十分关键。决定液滴定位偏差的因素主要有打印平台移动误差引起的着陆位置偏差。随着技术的发展,现在的打印机精度也越来越高了,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。

  • ▲ 柔性有源矩阵有机发光二极体(AMOLED)

    由喷墨印刷的高迁移率有机薄膜晶体管驱动的柔性有机发光二极管显示器,像素密度为50 ppi,提取发射光的孔径比为39%。

  • ▲ 量子点电致发光二极管(QLED)

    量子点电致发光二极管(Quantum dot light-emitting diode,简称QLED),是在电流激发下使量子点发光的器件。相对于传统LCD与OLED显示,量子点显示具有明显的优势:超NTSC的宽色域,显色能力更强;色纯度高,颜色还原能力强;发光波长可调,易合成与加工。而且其发光效率高,光、热及化学稳定性好。 喷墨打印技术是一种非接触、节约材料和可重复加工的滴涂溶液技术。它的优势在于可精确定位微米液滴、材料选择广泛、有效节省材料以及大面积生产化降低成本,而且不需要昂贵的掩膜板,非接触式加工不会对基板产生污染。此外,喷墨打印技术可以自动化地进行图案化加工。基于以上优势,目前喷墨打印技术已经在显示行业中得到了开发和应用。目前,喷墨打印技术是制作QLED平板显示屏的重要技术。 MicroFab公司的Jetlab®Ⅱ喷墨打印机,主要是由可精确移动的平台(x-y 轴精度为3μm)、喷头、储液系统(包括墨盒和连接喷嘴的连接器),气压控制系统,视觉观测模块系统、各种部件之间的连接器、计算机主机及软件等几部分组成。此外,该喷墨打印机还有加入了精确的温控系统,可以用准确地控制基板和喷嘴的温度。Jetlab®Ⅱ采用的是压电陶瓷喷嘴喷墨原理,其核心部件即MicroFab喷头(Nozzle)是由一个被压电驱动器包围的毛细玻璃管组成。毛细玻璃管露出外面的一端形成喷嘴(内径10-100μm),当给定一个电压脉冲时,压电驱动器通过逆压电效应产生一个声学压力波并穿过玻璃喷嘴进入液体中传播。而在喷嘴尖端,在压力波的作用下,液体加速并形成小液柱离开喷嘴,然后在惯性力的作用下液滴与小液柱断开,最后形成一个单独的下落液滴。喷墨打印液滴形成的过程由可视化频闪摄像机系统观测。水平的CCD照相机、喷墨打印喷嘴、闪频激光瞄准器被固定在同一光轴和同一平台上。捕捉图像的激光频闪器需要与CCD照相机同步耦合,其中延迟拍摄微米级液滴的能力是观测到液滴下落过程的关键技术。通过这一观测装置,可以获得液滴形成整个过程的照片。 研究发现,选取苯基环己烷(CHB)作为溶剂,得到可以稳定喷墨的红光量子点墨水。量子点在PVK表面可以形成咖啡环较小的薄膜,在PVK基板上喷墨打印点的直径为200μm,打印线宽为220μm,可成功制备量子点发光(QD-LED)器件。

  • ▲ 量子点发光二极管(QLED)

    提高喷墨打印量子点发光二极管(QLED)的稳定性对于该技术在商业上可行至关重要。主要障碍是油墨系统的可印刷性和载体传输层的功能之间的折衷。在“具有高运行稳定性的高性能喷墨印刷量子点发光二极管”的研究中,报道了一种由辛烷、1-环己基乙醇和乙酸正丁酯组成的三元油墨系统,它解决了打印量子点油墨与下方空穴传输层之间的腐蚀问题。开发了梯度真空后处理,以配合具有梯度真空压力的三元油墨系统,这有助于形成均匀的打印层。基于这两种技术,喷墨打印(MicroFab 高精度纳米材料沉积喷墨打印系统 Jetlab®Ⅱ)的 R/G/B QLEDS 具有高分辨率图案,显示出高效率和稳定性。 R/G/B器件的外量子效率分别为19.3%、18.0%和4.4%。相应地,半工作寿命分别高达 25 178 h @ 1000 cd m-2、20 655 h @ 1000 cd m-2 和 46 h @ 100 cd m-2。该研究在油墨工程和后处理方面的改进,将器件的效率和稳定性提升到了一个更高的水平,并证实了印刷QLED在显示行业的应用前景。

  • ▲ 量子点发光二极管(QLED)

    喷墨打印是一种很有前途的沉积技术,它能够进行大面积制造和无掩模图案化。对于喷墨打印的量子点(QD)发光二极管(LED),QD通常溶解在溶剂和增稠剂墨水系统的混合物中。然而,空穴传输层可能会被这种量子点墨水侵蚀,导致表面形态粗糙,导致载流子泄漏和器件性能下降。这种现象首先是用原子力显微镜和截面扫描电子显微镜直接观察到的。因此,相关研究团队重新设计了空穴传输层的退火工艺,以实现优化的光滑表面,减少喷墨打印QD LED(QLED)的缺陷数量。优化的形态使使用CdSe量子点的喷墨打印(Jetlab®Ⅱ高精度喷墨打印系统)红色QLED恢复了超过30,000cd/m2的最大亮度和7.52%的外部量子效率,这与旋涂设备相当。此外,恢复的表面形态也提高了喷墨打印设备的使用寿命。喷墨打印设备在1000cd/m2下的T50寿命从26小时提高到127小时,当以100cd/m2运行时,T50寿命延长至8013小时。

  • ▲ 彩色转换膜

    目前量子点油墨主要使用昂贵的、有毒的、易燃的有机物质作为溶剂,针对此背景,厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室的解荣军教授课题组提出了以水作为溶剂,通过MicroFab Jetlab®4-xl喷墨打印设备利用卤化物和聚乙烯醇基水性油墨原位制备了绿色转换膜,该转换膜显示出90μm的高分辨率点阵,85%的高光致发光量子产额,并且在环境中具有空气和光稳定性,蓝色和红色转换膜也可以使用水性油墨进行喷墨打印制备,新型水性量子点油墨具有的高分辨率及高可靠性在mini/micro LED领域有很大前景。(2021)

  • ▲ 微型钙钛矿量子点发光二极管(Micro-PeLED)

    基于III-V族半导体的微型发光二极管(micro-LED)显示器被认为是最有前途的显示技术之一,具有超高亮度和分辨率、强对比度和超大色域,但目前存在效率低、产量低的问题产量大,成本高。在“用于全彩显示器的微型钙钛矿量子点发光二极管(Micro-PeLED)”的研究中,建议通过使用微型钙钛矿量子点LED(micro-PeLED)作为发射器来实现具有成本效益的全彩micro-LED显示器。通过原位喷墨打印铟结构的钙钛矿量子点(PeQD)发射层,制造出明亮均匀的红绿蓝 (RGB)micro-PeLED阵列,每个像素尺寸小至 45 µm氧化锡/聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)/聚(9-乙烯基咔唑)(PVK)/十二烷基硫酸钠(SDS)/PeQD/1,3,5-tris(1)-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TPBi)/LiF/Al。这些RGB micro-PeLED阵列对红色、绿色和蓝色的外部量子效率分别为0.832%、0.419%和0.052%,分辨率为210PPI,色域广(国家电视标准委员会的135%标准)。作者进一步展示了柔性全彩有源矩阵micro-PeLED显示器,在未来的超高清显示器、光通信和人工智能中具有潜在应用。(上图a) 空穴传输层上打印的PeQD阵列示意图。 b) PVK上发绿光的CsPbBr3PeQD阵列的荧光图像。 c) SDS上打印的PeQD阵列的示意图。 d) CsPbBr3PeQD阵列在SDS上的SEM图像。 e) CsPbBr3PeQD阵列在SDS上的荧光图像。 f) micro-PeLED的器件结构。 g) 非等离子蚀刻和等离子蚀刻设备。 h) micro-PeLED的HAADF-STEM横截面图像。)(2022)

  • ▲ MicroLED

    EHD喷墨打印量子点微阵列,点直径2μm,中心距4μm(睿度光电2021量子点打印测试)

  • ▲ 钙钛矿量子点图案

    可打印的钙钛矿量子点(QD)墨水对于使用喷墨打印为不同种类的新兴钙钛矿光电应用实现高质量无咖啡环荧光微阵列非常重要。在“用于使用喷墨打印的无咖啡环荧光微阵列的可打印 CsPbBr3钙钛矿量子点墨水”的研究中,相关研究团队通过混合高沸点十二烷和低沸点甲苯作为溶剂制备了可打印的CsPbBr3钙钛矿QD墨水。通过调整这两种溶剂的体积比,仔细优化油墨的蒸发速率、粘度和表面张力,形成合适的马兰戈尼流动,从而平衡毛细流动,进一步消除咖啡环效应。通过在PVK(聚-(9-乙烯基咔唑))层上喷墨打印(MicroFab 高精度纳米材料沉积喷墨打印系统 Jetlab®Ⅱ)优化的钙钛矿量子点墨水,成功地实现了具有均匀表面、低粗糙度和无咖啡环的CsPbBr3钙钛矿微阵列。此外,研究团队对CsPbBr3钙钛矿QD墨水进行了图案化,打印的图案仅在紫外(UV)光下可见,未来可应用于隐形防伪标签和加密。

  • ▲ 绿色准二维钙钛矿图案

    钙钛矿材料由于其优异的光学特性(包括可调带隙和高效发光)而成为显示和照明的有希望的候选者。但是,它们的效率和稳定性必须提高才能进一步应用。在“喷墨打印的高度发光和稳定的绿色准二维钙钛矿嵌入聚合物片材”的研究中,通过喷墨打印(MicroFab 高精度纳米材料沉积喷墨打印系统 Jetlab®Ⅱ)制备嵌入不同聚合物中的准二维(准二维)钙钛矿,以在聚合物基板上构建任何发光图案/图片。聚氯乙烯基准二维钙钛矿复合材料的优化量子产率达到65%以上。此外,制成的具有图案的钙钛矿-聚合物复合材料表现出优异的耐磨性、耐湿性、耐光照射性和各种溶剂的化学侵蚀性。量子产率和寿命都优于迄今为止报道的那些。+阳离子以提高钙钛矿的亮度和稳定性。这种图案化的复合材料可用于低成本和大规模制造的颜色转换薄膜。

  • ▲ 钙钛矿发光二极管PeLED

    作为一种有效的制造技术,喷墨打印非常适用于下一代显示器中钙钛矿发光二极管的制造。然而,使用喷墨打印制造的钙钛矿发光二极管效率不理想,阻碍了其未来应用的发展。在“通过喷墨打印制造高效钙钛矿纳米晶体发光二极管”的研究中报告了使用喷墨打印的高效 PeLED,其外部量子效率为 7.9%,电流效率为 32.0 cd/A,亮度可达 2465 cd/m2;这些值是文献中喷墨打印的 PeLED 当前效率的高值之​​一。研究团队设备(MicroFab 高精度纳米材料沉积喷墨打印系统 Jetlab®Ⅱ)的出色性能是由于 PVK 层上的无咖啡环且均匀的钙钛矿纳米晶体层,这是由真空后处理和使用合适的墨水产生的。此外,钙钛矿层的表面粗糙度和厚度可以通过调整打印点的间距来有效控制。本研究对喷墨打印在 PeLED 制造中的应用进行了深入探索,这是未来 PeLED 工业生产很有前景的方法之一。(2022)

  • ▲ 发光器件量子点薄膜

    喷墨打印被认为是实现大尺寸全彩RGB量子点LED显示屏的一种可行方式,关键是要获得表面轮廓均匀、平整的打印薄膜。在“用于发光器件的改性ZnO传输层上使用混合溶剂系统喷墨打印的无咖啡环量子点薄膜”的研究中,相关研究团队使用20vol% 1,2-二氯苯 (oDCB) 与环己基苯 (CHB) 的混合溶剂来溶解具有CdSe@ZnS的绿色量子点 (QD)/ZnS 核/壳结构。然后,通过喷墨打印(MicroFab 高精度纳米材料沉积喷墨打印系统 Jetlab®Ⅱ),在聚醚酰亚胺(PEI)改性的ZnO层上成功获得了不含咖啡环的扁平点状QDs薄膜,打印的点阵具有良好的稳定性和可重复性。在这里,将 oDCB 添加到 CHB 溶液中用于降低表面张力,并使用 PEI 改性的 ZnO 纳米颗粒层来增加表面自由能。结果,形成了一个小的接触角,从而导致蒸发速率的提高,进而抑制了咖啡环效应。最终实现了具有平面轮廓的印刷点。此外,还成功地制造了以 PEI 改性 ZnO 薄膜作为电子传输层 (ETL) 和印刷绿色 QDs 薄膜作为发射层的倒置绿色 QD-LED。QD-LED 的最大亮度为 12 000 cd/m2和 4.5 cd/A 的峰值电流效率在 1500 cd/m 2的亮度。

  • ▲ 蓝色OLED

    喷墨打印是有机发光二极管 (OLED) 的理想技术,因为它与大面积低成本全彩色像素化显示器兼容。在“用于像素化显示器的高效喷墨打印蓝色 OLED,使用主体掺杂增强电荷传输”的研究中,相关研究团队提出了一种通过将 3,5-双(N-咔唑基)苯(mCP)作为主体材料引入有机发光层来制造高效喷墨打印(MicroFab 高精度纳米材料沉积喷墨打印系统 Jetlab®Ⅱ)蓝色OLED的策略。通过仔细调整mCP与聚 [(9,9-二辛基-2,7-芴)-co-(二苯并噻吩-S,S-二氧化)] (PFSO) 的重量比,该器件表现出卓越的电荷传输能力,领先平衡电荷传输和优化效率。此外,结合修改mCP:PFSO油墨配方,在聚(乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)层上实现了低粗糙度有机发光膜。喷墨打印器件的性能显着提高了近五倍,最大亮度和外量子效率分别为3743cd/m2和5.03%。锦上添花的是,研究团队成功制作了3英寸蓝色OLED阵列器件,亮度均匀度达到92.7%,在喷墨打印实现简单结构大面积高效OLED方面展现出广阔的潜力。

  • ▲ 钙钛矿荧光图案

    近年来,钙钛矿材料在背光、色彩转换和使用溶液工艺制造的防伪标签等应用中展现出了广阔的前景。上图为借助MicroFab Jetlab®Ⅱ高精度喷墨打印机可原位制备具的有理想形态的结晶钙钛矿-PVP纳米复合材料微阵列,一种在周围环境中隐形,与柔性基板兼容,且生产成本低廉的图案化荧光防伪应用。

  • ▲ 荧光量子点防伪标签

    随着科学技术的发展,对于防伪技术的要求也越来越高。一种理想的防伪技术应该是廉价的、无损的、不可复制的,以及便于鉴定和大批量生产的。虽然产业界已经开发了多种防伪技术,但能满足上述要求的技术却很少。福州大学研究团队采用MicroFab公司研发的Jetlab®Ⅱ高精度喷墨打印设备,并配合采用直径30μm的打印喷头制作出微米级量子点发光图案,创新性地在基板表面构建有随机分布的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微纳米颗粒,作为喷墨打印输运过程中的聚集钉扎点,强化微米级墨滴蒸发流动以及量子点组装过程中的差异性,形成不可复制的“花状”发光图案;成功应用于低成本、可柔性化、自然条件下隐蔽、具有多重防伪和商业化价值的不可复制的全彩荧光防伪标签。该团队还提出了一种方便可靠的基于人工智能的验证方法,能够快速辨别出具有不同清晰度、亮度、旋转、放大等不同参数的,且具隐蔽性的、不可复制的花状发光图案。

  • ▲ 荧光防伪标签

    发光材料已广泛应用于信息安全领域。然而,借助紫外光激发产生可见光发射的单模防伪技术较为粗糙且易于解密。在“铯铅卤化钙钛矿纳米晶体之间的水诱导可逆相变可实现荧光防伪”的研究中,厦大相关研究团队建立了一种基于钙钛矿纳米晶体(NCs)的可逆开/关发光的新型信息加密和解密技术,该发光是由无发光的 Cs4PbX6(X = Cl,Br,I)到可见光的相变引起的。发光CsPbX3NCs。这种相变很容易通过控制水含量来实现,其中Cs4PbBr6NCs可以转化为绿色发光的CsPbBr3NCs在水蒸气处理下,后者通过真空干燥迅速变回Cs4PbBr6NCs。水诱导的光致发光开关在信息加密和解密方面具有可重复性、稳定性和可靠性,正如使用Cs4PbBr6NCs在环己烷溶液中的安全墨水在玻璃基板上喷墨打印图案化薄膜所证明的那样。此外,包含机密信息的图案化薄膜中的每个像素在微观形态上都非常独特,如果与人工智能相结合,可以实现多模式防伪。(上图(a)为以Cs4PbBrNC环己烷溶液作为安全油墨的喷墨打印、机密信息加密和解密过程示意图。(b)为在环境和365nm 紫外光下经水蒸气或真空干燥处理后,厦门大学印刷标志在商用玻璃基板上的照片。)(2022)

  • ▲ 高分子发光二极管(PLED)

    许多正在开发显示器制造方法的组织正在使用喷墨技术沉积发光聚合物。要使用这些材料构建有源元件,必须在结构中创建大约100纳米的均匀层,并且该结构必须在聚合物层上产生电场。无论是通过旋涂工艺还是喷墨沉积,聚合物通常以低浓度(0.5-2%体积)悬浮在挥发性有机溶剂(如二甲苯)中。沉积后,除去溶剂,聚合物膜留在基材上。MicroFab已经证明,当将发光聚合物溶液打印到涂有空穴注入层材料的表面上时,可以实现小至30μm的特征尺寸。上图是使用喷墨沉积来制造使用发光聚合物的像素化显示器。发光聚合物打印在彩色显示器中的80×100μm孔中。图片由杜邦显示器提供。

  • ▲ 有机发光二极管(OLED)

    近年来OLED因其广视角、节能、髙对比度等多种优点,为曲面超薄显示带来了新希望,可广泛应用于运动手环、智能手机的开发使用,达到随意折叠、便携使用。喷墨打印技术进行OLED器件的制备时,可获得厚度均匀的薄膜,器件的整个发光情况一致;工艺流程简单有效、可实现大面积印刷;定位精准、材料成本低;多喷嘴同时工作,避免多层溶液侵蚀。 MicroFab使用喷墨打印技术生产OLED显示器的研究已超过10年。MicroFab公司的Jetlab®Ⅱ打印技术,在进行OLED器件制备中,定位精准较高,最小定位误差可达到2μm。如图所示,使用Jetlab®Ⅱ打印出的PEDOT墨水液滴在无结构基板上成凸起形貌,点直径约为50μm。

  • ▲ 薄膜晶体管(TFT)

    有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistors,简称TFT),不仅具备优异的柔性,同时还有诸多优势:例如单位密度小,加工工艺简单且具有较强的兼容性,可以实现高效的大面积制造,因此可广泛应用于柔性显示、柔性触摸屏、可植入医疗器械、软体机器人等方面。薄膜晶体管中,所有电极以及绝缘体和半导体材料部是聚合物溶液,其中,由于电极的体积非常小(单颗液滴的体积只有30pL,直径约为38μm).可用喷印法进行制作。上图显示的是喷墨打印的有源矩阵显示电子设备,4800像素,工作频率为80Hz。由Plastic Logic提供。

  • ▲ 垂直有机场效应晶体管 (VOFET)活性层和电极

    与传统OFET相比,垂直有机场效应晶体管(VOFET)具有更高的电流密度、更快的开关速度和更好的空气稳定性,这极大地增强了驱动AMOLED背板的能力。不幸的是,溶液处理的VOFET的制造技术仍然非常复杂,只能集中在单电池水平上。在“喷墨打印垂直有机场效应晶体管阵列及其图像传感器”的研究中,在喷墨打印(MicroFab 高精度纳米材料沉积喷墨打印系统 Jetlab®Ⅱ)的帮助下,溶液处理的VOFET的制造过程得到了显着简化,并且首次制造了溶液处理的VOFET阵列,表现出优异的器件性能和出色的机械稳定性。更重要的是,VOFET阵列表现出优异的光电探测器特性,首次展示了基于VOFET阵列的具有多点可见光探测和图像识别的柔性图像传感器。因此,这一新工艺极大地简化了VOFET器件的制造工艺并成功实现了阵列,推动了VOFET的商业化,在柔性显示、多功能传感器和可穿戴集成电路等领域展现出巨大潜力。(2018)

  • ▲ 3D显示器针孔/微透镜阵列(P/MLA)

    在“制作针孔/微透镜阵列以提高整体成像3-D显示器的分辨率”的研究中,相关研究团队提出了一种新的具有针孔阵列的微透镜阵列(MLA)制造方法——针孔/微透镜阵列(P/MLA)用于集成成像3-D显示器(II),它结合了光刻和喷墨打印(MicroFab 高精度纳米材料沉积喷墨打印系统 Jetlab®Ⅱ)。黑色圆形凹槽阵列(BCGA)用作针孔阵列,激光3-D显微镜和自制装置已用于P/MLA的表征。结果表明,以BCGA为模板可以获得高精度的P/MLA。通过控制不同步长的驱动电压、喷嘴与基板的距离以及液滴的数量,P/MLA具有形貌光滑、大小不一、几何参数重复性好、聚焦均匀性好、会聚性能好等优点可以实现。为了演示,在II中应用曲率、焦距、数值孔径和F数分别为815.8μm、1.60mm、0.1311和3.8的P/MLA进行重建,表现出良好的重建性能和高分辨率,BCGA降低了杂散光对II的影响,提高了重建图像的质量。(2018)

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