温锦芳  广州华睿光电材料有限公司

前言

      有机发光二极管（OLED）是新一代的显示技术，其优异的特性使其正在成为国际显示技术的主流，并已在当今最新、最高端的移动显示终端中得到应用。据Digitimes公司公布的一份报告显示，2017年出货的智能手机中大约27.6%采用OLED显示屏，其中包括苹果最新一款机型iPhoneX。在未来三年中，OLED屏幕在智能手机中的比例很有可能会增加至50%。根据IHS 2017的预测，OLED面板正在成长为400亿美元的显示产业；2017年市场出货预计同期飙升63%，达到252亿美元；到2021年，预计年均复合增长率（CAGR）达22%，超过400亿美元。

      与传统的半导体芯片、LED等“工艺驱动”的发展模式不同，OLED技术更大程度上依靠“材料驱动”，其中发光材料是OLED产业的皇冠，是整个OLED产业发展的关键。然而，目前主流的OLED面板制作工艺主要通过真空蒸镀的方法进行制备。这种方法材料利用率低、生产成本高，而印刷OLED显示材料面板制作具有轻薄、柔性、大面积、低成本、节能、绿色制造等特点，是产业技术的革命，将引领未来新型显示及有机电子产业的方向。

国内外现状及趋势

      印刷OLED技术涉及到有机发光体、主体、电荷传输材料、界面材料等多种材料的研发，同时也包含了相应的墨水配方以及器件制备工艺等多个方面。

     OLED材料是OLED显示技术的核心。最早的OLED发光材料是传统的有机荧光材料。然而，根据自旋量子统计规则，电子和空穴在有机层复合，产生的激子仅有25%为单线态激子，75%的激子为三线态激子，这导致基于传统荧光材料的器件其最大内量子效率为25%。为了提高发光体的量子效率，出现了基于磷光的第二代有机发光材料。这一类发光材料通过在有机材料中引入重金属原子（最常用的金属是铱或铂），使发光材料具有较强的重原子效应，以便单线态激子通过系间窜越变成三线态激子而发出磷光。基于金属配合物的磷光材料可以达到100%的内量子效率，得到广泛地研究和开发。目前，工业界OLED面板使用的红光和绿光发光材料主要是基于铱配合物的磷光材料。然而，OLED显示需要高性能的红、绿、蓝三种颜色的发光材料，而蓝光磷光材料普遍存在寿命短的问题，这是因为蓝光材料的三线态激子能量较高，导致发光材料及其他功能材料衰变较快。另外，磷光材料通常含有贵金属，合成复杂，使OLED面板成本提高。近年来，热激发延迟荧光（TADF）材料作为第三代OLED材料引起了广泛的关注。由于TADF材料可使三线态激子通过反向系间窜越变成单线态激子而发出荧光，TADF材料可以实现100%的内量子效率，在增大发光效率的同时，具有无需使用贵金属的优点，有助于降低OLED面板的成本。但是TADF材料多数具有发射光谱半峰宽较大的缺点，不利于OLED显示的应用，因而仍需进一步开发以取代磷光材料。另TADF材料还需要与合适的主体材料、电荷传输材料等搭配使用，以便实现载流子的传输平衡、抑制发光体的浓度淬灭，进而最大化OLED器件的效率。

      目前，商用的高性能OLED材料多数因溶解度限制，只能用于真空蒸镀工艺。而可用于印刷工艺的OLED材料，其性能比起相应的蒸镀器件存在较大差距，这说明印刷工艺还有待进一步发展。但是目前的OLED材料在其分子设计阶段没有充分地考虑印刷工艺的要求，也是目前印刷OLED性能偏低的重要原因。因此，印刷OLED的发展以可溶性OLED材料的开发为核心，匹配的器件结构来使得材料功能最大化，从而获取高性能的OLED器件。近年来，美国、日本、韩国以及欧洲各国的产业界和学术界均积极开展印刷OLED关键材料与器件技术方面的研究。英国杜伦大学Fernando B. Dias课题组设计合成出具有TADF性能的高分子材料，发光器件的最大外量子效率达到22%；韩国庆熙大学Min Chul Suh课题组开发出可溶性小分子红光材料，采用打印方法制备出外量子效率达19%的红光发光器件。国际材料巨头Dupont、Merck与Sumitomo等均在印刷OLED材料方面做了多年的布局。根据Dupont、Merck最近的数据，通过印刷方法制备的红、绿、蓝光器件的效率与寿命都已取得很大的突破。日本的JOLED公司更是宣布2018年利用Sumitomo的高分子材料实现印刷式OLED量产。印刷OLED正在加速进入商业化进程。

      国内企业与研究机构也在印刷OLED方面开展了许多工作。在印刷OLED材料方面，广州华睿光电材料有限公司自成立以来一直从事印刷OLED材料的研发，目前已开发出多种印刷OLED的关键材料，部分性能已达到国际先进水平。另外，华星光电、广东聚华也在布局印刷OLED技术，目前均在建设一条G4.5代印刷OLED实验线。京东方在近日宣布投入10亿元在合肥建立印刷OLED公司(京东方卓印科技有限公司)，这些都将大大加速印刷OLED的产业化进程。除此之外，中科院长春应化所、华南理工大学、清华大学、苏州纳米所、武汉大学、吉林大学以及上海大学等均在印刷OLED领域做了多年的基础研究，总体学术水平国际领先。例如，华南理工大学首次通过喷墨打印的方法，成功地在大气环境中制备了全溶液加工聚合物OLED。长春应化所提出了一种合成高纯度发光聚合物的有效方法，该方法可以克服过渡金属催化偶联导致的聚合物纯度偏低的问题，而且有望打破国外知识产权的封锁，获得具有自主知识产权的聚合物体系。武汉大学通过进行侧链修饰，成功地制备了一系列具有TADF性能的高性能溶液可加工聚合物。此外，我国各院校还在可溶液加工的主体、磷光材料等方面做了许多研究。这些研究不仅涉及了印刷OLED材料的设计、研发，而且还包含制备工艺等各个方面，为我国在新一代印刷OLED领域占领技术制高点，实现“弯道超车”提供了有利的条件。

结语

      我国的OLED材料的产业化起步较晚，核心材料专利，特别是蒸镀型OLED材料被国外公司掌握。目前我国几乎所有的蒸镀型OLED材料均需从国外进口，已成为制约我国OLED产业发展的瓶颈。印刷OLED是一个新的技术，有很多技术问题还需产业界去解决。与国际先进水平相比，我们的距离不是很大，在技术和知识产权上还有一定的空间。基于此，我们在国家科技部的指导及支持下，在国家重点研发计划战略性先进电子材料领域开展重点专项“印刷OLED显示材料的产业化示范”（2017YFB0404400），目的是整合全国的优势资源，自主创新，在这个正在快速发展的技术领域获得核心的知识产权，占据技术制高点，争取话语权，为我国在世界范围内的高端智能发光面板产业占有重要地位打下基础。