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用印刷工艺生产大尺寸OLED仍需时日

显示技术趋势解读系列报道之三

编者按:近两年,显示技术快速升级,并涌现出4K/8K技术、量子点技术、印刷显示技术,以及OLED技术等一系列新名词。然而,在产业和技术加快转型升级的同时,也出现了概念不清、技术路线不明等问题,影响行业发展。《中国电子报》特围绕显示技术推出系列报道,邀请业内专家以及企业高层权威解读显示行业最新技术,探讨行业发展面临的问题及未来发展趋势,为产业发展指明方向,以飨读者。

终极目标是实现全印刷显示器件

徐征:实际上,印刷显示技术并非在近几年才有的新概念。近年来,随着有机电致发光二极管(OLED)技术和产业的成熟,印刷电子在材料和装备方面拥有更好的积累和发展基础,应用以及工艺均获得了较快的发展。

理论上,QLED的“薄膜化点阵涂覆”则更适合于印刷技术,成品率也会更高、材料成本比真空蒸镀节省九成,且大尺寸化的技术难度增长有限。因此成为当前印刷电致发光器件研究的新方向。但是无机材料量子点存在可印刷工艺性较差,制备条件较苛刻,并且较难形成均匀膜层等,所以发展仍然需要一个过程。

胡春明:所谓“印刷显示技术”实际上并没有严格的科学定义,应该说是印刷电子(Printed Electronics)技术在显示领域的应用,而印刷电子技术是利用传统的印刷技术制造电子器件与系统的科学技术。更具体地说,是以旋涂、丝印或喷墨打印等印刷方法,将金属、无机材料、有机材料转移到基板上,制成发光显示器件。印刷显示技术的终极目标是实现全印刷显示器件,在常温、常压下以按需给料方式实现低成本制造。在目前印刷显示技术中,采用OLED材料来实现显示是主流且比较成熟的技术。

目前“印刷显示技术”仅能实现部分印刷显示器件,即实现了OLED材料的印刷,但在TFT背板的印刷上尚未形成突破。因此用印刷技术生产大尺寸OLED,OLED材料的印刷还需要5~10年的时间。而要实现全印刷显示器件,时间更长。

徐晓光:严格意义上说,印刷显示的定义本身是不准确的,印刷只是显示工序中的一环。从印刷工艺本身来讲,其具有生产快速、低成本等优势,会是未来显示工艺中很有前景的工艺技术。而打印OLED本身由于设备成熟度还不高,工艺稳定性及器件产品的性能还无法和蒸镀OLED相比,距其上市还有一段时间。

某种程度上说,打印只能说是工艺实现的一种。在OLED领域中,特指替代原有有机材料蒸镀的工艺。此种方式确实能大大提升材料利用效率,并且预期未来将有助于降低显示屏制造的直接成本。但相比蒸镀方法,打印技术目前在器件最终光效、高分辨率图形化等方面还存在差距,需要进一步提升才能达到生产水平。

付东:印刷显示是采用可溶液化加工的有机、无机、纳米功能材料(包括金属、半导体、电介质、光电材料等),通过印刷或涂布技术,代替传统半导体工艺/真空工艺来制作显示器。目前主要应用方向是印刷OLED/印刷QLED;未来,TFT阵列也可采用印刷工艺来制作。

同时,印刷与柔性是一对天生的孪生兄弟,两者可完美结合,最终实现Roll-To-Roll(卷对卷)的柔性印刷显示技术,像印报纸一样制造显示屏。

印刷大尺寸OLED仍需时日

胡春明:“印刷显示技术”相较于现在的“半导体显示技术”最明显的优势是成本,对于显示器件企业来说,应用创新是今后一段时间的主要课题,无论是在传统的存量市场还是在新兴的增量市场,而要实现应用创新,制备柔性显示器件是业界普遍认可的方向之一,用印刷的方式制备柔性显示器件,尤其是大尺寸OLED柔性显示器件,是当前最有前景的市场。

徐晓光:大尺寸OLED上市面临的两大主要困难,一是成本,二是显示寿命。未来器件中,RGB单独像素会发光,但通过印刷还是蒸镀,就要看两种技术的成熟度哪个更高。比起有机发光部分来说,背板工艺的稳定性和针对画质劣化的补偿电路也是大尺寸OLED的关键。

工艺上实现印刷制造OLED目前已经是事实,而要器件效能达到蒸镀的水平还需要材料厂商、面板厂商和设备厂商的通力合作。

付东:用印刷技术生产大尺寸OLED,预计在2020年左右产业化。这需要在G8.5以上喷墨印刷设备、可溶性OLED材料及墨水、喷墨印刷技术、薄膜封装技术、氧化物TFT背板技术以及驱动补偿技术等方面实现全链条的突破。

徐征:目前印刷显示技术中,采用OLED材料来实现显示是主流且比较成熟的技术。从制备方法来说,一般而言OLED可分为两种。一是小分子发光材料OLED,用蒸镀方法制备,另一种是共扼高分子发光材料PLED,用印刷方法制备。对比目前应用的真空蒸镀制造OLED显示屏的工艺,第一是印刷工艺材料利用率高达95%%,而真空蒸镀工艺材料利用率仅有20%%,印刷显示工艺极大提高了有机材料的利用率;第二是不受设备与大尺寸精细金属掩模板的限制,印刷工艺可以制备大尺寸显示面板;第三是由于印刷工艺不需要真空蒸镀腔体和精密金属掩模板等等,再加上节省材料及维护真空蒸镀设备,可有效降低成本。一直以来制约着OLED电视发展的高成本、低良率、大面积制备等问题会得到解决。

金起贤:OLED印刷工艺相对于典型FMM(精细金属掩膜板)工艺具有以下优势。第一,工艺更加简单;第二,有机发光材料蒸发效率更高;第三,更容易处理大型基板,尤其是Gen8及以上尺寸面板;第四是制造成本更低。然而,印刷工艺也存在一些缺陷,印刷式OLED工艺的材料尚不足以进行大规模生产。

事实上,即使是用于AMOLED大规模生产的固体有机材料仍有待改进。这意味着开发适合印刷技术的新材料将需要耗费更多的时间。除此之外,对于印刷工艺而言,由于这些材料是液体形态,在印刷后还应进行干燥处理。这也会造成材料变化跟良品率的损失。

我国仍处于布局和研发初期

胡春明:国内“印刷显示技术”仅处于布局和研发初期,与国际水平相比相差尚远。

付东:正是因为看到了印刷显示在显示产业中的革命性作用,我国显示企业已纷纷开始了印刷显示技术的规划与探索。我国政府在十三五重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项第一批启动的项目中就列入了印刷显示,印刷显示在我国的发展已迈开了第一步。其中,广东聚华印刷显示技术有限公司打造了我国印刷显示技术创新中心。与国际上相比,我国在材料和装备领域差距尚存。但在印刷QLED技术方面,我国的量子点材料和印刷QLED技术齐头并进,已处于世界先进水平行列。

徐晓光:京东方早在2012年就开始与知名材料厂商、设备厂商一起致力于打印OLED的研究,并于2013年研制出当时第一块30英寸的打印OLED面板。在之后的几年中一直致力于打印OLED器件效能的提升,在全打印器件和hybrid打印器件上都得到了业内领先的成果。

金起贤:印刷OLED还面临众多挑战,包括材料发光效率和使用寿命的改进。众所周知,印刷材料尤其是蓝色发光材料亟待改进。最近韩国跟日本OLED设备商开发出了“FMM(精细金属掩膜)与印刷工艺相混合”的技术。到目前为止只有全球大约五家化学材料制造商能够进行印刷OLED材料的研究和生产,如默克公司、杜邦公司、住友化学和日产化学。

韩国是当前唯一大规模生产OLED显示屏的制造商,印刷工艺主要面向大尺寸基板蒸镀的取代。实际上,乐金显示已经在韩国生产线上设立了Gen8尺寸OLED印刷工艺的测试设备以便进行研究。

同时,中国面板厂商也在开发印刷OLED。然而,考虑到目前的技术、经验和材料研发现状,与预期相比似乎要花费更多的时间,这一目标将在2020年左右实现。

责任编辑:孙鸿凌


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