日本住友化学已研发出可提升OLED面板发光元件形成精度的新技术,而藉由该新技术将可大幅降低OLED面板的制造成本,目标是将面板制造成本较现行砍半,而此有望压低OLED电视价格、促进普及。
住友化学所研发的新技术为采用印刷方式、用于形成发光元件的高分子材料,可像喷墨式打印机那样,吹附材料,形成发光元件。
现行OLED面板制造技术以“蒸镀式(在真空状态下,将红、绿、蓝等发光材料汽化附着于基板上)”为主流,不过蒸镀式技术需要昂贵的设备、且容易浪费太多材料、成本高;而印刷式技术(把液态发光材料像打印机那样精密地涂抹在基板上)成本虽低,但要生产大尺寸面板时,很难将发光材料均匀涂布。
据报导,若是采用住友化学研发的新材料就可实现「均匀涂布」的目标,且住友化学也已研发出新材料专用的制造设备。
报导指出,上述新材料为住友化学和海外面板厂及Japan Display Inc(JDI)关联公司JOLED所携手研发,JOLED预计于今年秋天开卖的21.6吋医疗用OLED面板将率先采用该新技术,且住友化学也将呼吁南韩LG Display(LGD)等厂商采用该新技术,目标在2019年量产,应用于大尺寸电视上。
韩国先驱报(Korea Herald)6月19日报导,韩国显示器产业联盟(Korea Display Industry Association, KDIA)副主席Seo Kwang-hyun在接受专访时指出,OLED面板市场目前虽由韩国业者掌控,但倘若中国或日本厂商能在OLED喷墨印刷技术取得领先,那么产业局势恐将因此翻盘。
以喷墨印刷的方式生产OLED,比目前的蒸镀(Evaporation)技术还要简单快速,这种方法不会浪费原材料,相较之下传统的蒸镀法最终只能保留10-40%的原料。
看准喷墨印刷OLED的商机,韩国、中国和日本面板厂都已积极跨入研究,但由于技术上的问题,估计要花四到五年,才有机会进行量产。
日本OLED面板研发公司JOLED 5月17日宣布,已研发出全球首款采用「印刷式」技术的4K OLED面板产品。JOLED该款OLED面板产品尺寸为21.6吋,已于4月开始提供样品给医疗用显示器使用,之后计划将应用对象扩大至电视、游戏机等用途。
JOLED已接获来自Sony的订单,而JOLED社长东入来信博于5月17日举行的记者会上表示,“在中尺寸面板部分,印刷式技术将会成为OLED面板的标准”。
解析“蒸镀”与“印刷”
这得从OLED的结构讲起。
如上图所示,典型结构是在ITO玻璃上制作一层几十纳米厚的发光材料——也就是人们通常所说OLED屏幕像素自发光材料,发光层上方有一层金属电极,电极加电压,发光层产生光辐射;从阴阳两级分别注入电子和空穴,被注入的电子和空穴在有机层传输,并在发光层复合,激发发光层分子产生单态激子,单态激子辐射衰减发光。
这解释得有些复杂了,不过大致上就是你看到的红绿蓝三个次像素会自己发光就对了。
当然了,具体到整块面板,结构也就复杂很多,包括次像素间需要隔离柱、绝缘层之类。AMOLED则还有TFT backplane这种控制每个像素开关的东西。
这种复杂的结构,靠人手用小刀去微雕是不可能的。如果将这些结构付诸实现,就是制造工艺的问题了。
OLED的制造工艺涉及到ITO玻璃洗净、光刻处理之类的东西,都需要很高科技、我们一般人没见过的技术去搞定,总之就是通过光刻就能在基板上形成电极图案、ITO图案、隔离柱图案等等——你可以假想成是有小人用小刀刻上去的……
随后的工艺部分,在OLED面板的制造上才显得至关重要,即蒸镀。真空腔室内,把ITO玻璃基板放置在可加热的旋转样品托架上,然后放把火在下面烧坩埚(当然不是真的放把火),你看到的发光材料就这么蒸上去了。
是的,红绿蓝三色灯泡(当然不是真的灯泡)就这么蒸上去了。
说得高大上一点,蒸镀就是真空中通过电流加热,电子束轰击加热和激光加热等方法,使被蒸材料蒸发成原子或分子,它们随即以较大的自由程作直线运动,碰撞基片表面而凝结,形成薄膜。
可以说,蒸镀是OLED制造工艺的精华部分,而且不仅是发光材料,金属电极等等之类也是这么蒸上去的。
虽然我们把蒸镀说得跟蒸馒头一样,但实际操作还是非常复杂的,比如如何控制像素区域,像素要怎么对齐,还有控制蒸上去的薄膜厚度,什么前处理、蒸镀室的真空度等,都不是我们一般人可以参透的。
除了蒸镀之外,随后还有点胶、封装、老化、切割、测试等等过程。
(这是PMOLED的典型工艺流程,PMOLED也属于OLED,但结构比AMOLED简单,没有TFT)
然而除了把灯泡“蒸”出来,还可以选择“印”出来。
上面提到的这种高端大气上档次的“蒸镀”法,主要应用于RGB三色排列的典型OLED屏幕。
三星的诸多OLED电视产品都是基于这种方法蒸出来的,效果很不错,三原色都非常纯粹,但成本非常高昂。
这类蒸镀所用的技术叫FMM,精细金属掩模板,就是蒸镀的时候为了区分像素,盖个掩膜,所以怎么对齐,以及掩膜材料本身都会成为技术难点。
实际上,人类为了控制成本,OLED电视不止上述一种,有一类蓝光+色变换层:这种方案只需要蒸镀蓝光OLED元件,经过变换层将光转为RGB三色,这类技术受到色彩转换器开发难度的限制,并未被大规模采用。
还有一类OLED电视是白光+三种彩色滤光片,原理上和LCD液晶面板有些类似,以白色为背光,再加彩色滤光片——这种方式在成本上显然就低了很多,LG就曾以这种方案生产OLED电视,白光OLED+彩色滤光片也一度被认为是OLED进一步实现低成本的方案。只不过加上滤光片,透光率光色纯度都更成问题,所以亮度、对比度、色彩、节能表现理论上都不及RGB OLED。
松下认为,最后这一种方法存在画质上的缩水,成本也不见得多低,还是RGB OLED靠谱。
但是FMM蒸镀成本又很高,那该怎么办呢?所以他们在2013年的CES展会上,展示了一种采用自主研发“印刷”工艺的、而且据他们自己说是当时全球最大4K OLED电视(56寸)。
其实“印刷”技术不算新鲜,LCD液晶屏广泛应用这种技术,像LCD所用的彩色滤光片,RGB三种颜色色块就是犹如喷墨打印机一样印刷上去的。
只需要确定RGB三个次像素之间的点距,就可以开始印刷啦:松下针对OLED的印刷技术是直接在大尺寸的玻璃基板上涂色,相比FMM蒸镀,不需要高温真空环境,制造工艺要求低不少,成本也自然就更低了。
这种工艺实际上也并非尽善尽美,尤其蓝色材料效率与寿命是个大问题。这也是在很多人看来,为什么松下的这类电视会有偏黄的原因所在。
日本的许多企业有意这种技术。
三菱化学就在开发“印刷方式”生产OLED面板的新材料,虽然最早也要等到2017才会进入量产,当前三菱化学已经向日本国内外的面板厂商提供样品。
据说他们的“印刷”方式相比“蒸镀”,可将材料费控制在1/10,这无疑是生产成品的大幅降低——而且此前并没有微米单位的细微分涂技术,三菱化学开发出了能被薄薄地准确涂在狭小面积上的新材料。
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