統(tǒng)合日本 Panasonic與索尼兩家公司的 OLED 部門，所成立的面板廠 JOLED 在10月21日，與日本汽車零組件大廠 DENSO共同宣布，由他們所合作研發(fā)的 OLED 面板，已經(jīng)搭載在豐田汽車的概念車「LQ」上頭，作為汽車儀表板的顯示之用。

由日本豐田汽車所推出的新款概念車「LQ」，是一部具備 AI 人工智能輔助的 Level 4 自動駕駛車輛。預計在 2020 年的東京奧運中，除了有數(shù)輛的 LQ 將使用于圣火的傳遞車隊，另外在馬拉松比賽當中，也將作為選手的前導車輛。而在那之前，則會在本周 24 日開幕的東京車展 (Tokyo Motor Show) 上，先展示在世人面前。

裝設在概念車「LQ」上頭的 OLED 面板，不僅具有輕薄、視角廣、對比度高、反應迅速等優(yōu)點，利用樹脂材料來取代過去所使用的玻璃基板，也使得在形狀上更容易自由發(fā)揮。而 JOLED 所采用的「印刷方式」OLED 生產(chǎn)制程，不光在制造上更有效率，也是全球唯一利用該技術(shù)來生產(chǎn) 4K OLED 面板的廠商。

另外，JOLED 位在日本石川縣能美市的能美事業(yè)所，也預計在 2020 年開始投入量產(chǎn)。JOLED 除了生產(chǎn)高階顯示器，還有車用電子的中型高分辨率 OLED 面板，此外也朝著實用化的目標，積極的研發(fā)可撓式折疊面板。

而 DENSO 于 2018 年時，也在 JOLED 第三方配股增資中出資了 300 億日圓，其持有之具備議決權(quán)的持股比例，在 2019 年 9 月底時達到 18.1%。

? JOLED與松下聯(lián)手開發(fā)印刷式OLED產(chǎn)線設備

JOLED（索尼和松下合資）宣布與松下工程公司（Panasonic Production Engineering）、Screen Finetech簽署合作協(xié)議，共同開發(fā)、制造和銷售用于大尺寸OLED制造（主要針對OLED電視）的印刷式量產(chǎn)設備。

這三家公司合作的目標是迅速將基于JOLED制造技術(shù)的新業(yè)務進行商業(yè)化，也就是開啟印刷式OLED生產(chǎn)線的推廣，OLED計劃將其噴墨式打印技術(shù)授權(quán)給OLED制造商。自2015年成立以來，JOLED一直在與松下合作開發(fā)印刷式OLED量產(chǎn)技術(shù)，在此之前，從2006年松下就一直在自行開發(fā)相關(guān)技術(shù)（PDP的巔峰時期是在08-09年）。

2017年底，JOLED就已經(jīng)開始商業(yè)化生產(chǎn)21.6“4K OLED面板，并用于醫(yī)療顯示設備。18年6月份的時候，JOLED已經(jīng)宣布將在石川縣能美市建設JOLED Noumi Plant，這將是全球首個印刷式OLED生產(chǎn)基地，新工廠的容量將為每月20,000個5.5-Gen（1300x1500 mm）基板,生產(chǎn)的是10-32吋的小型顯示面板，2020年開始量產(chǎn)。

另外，JOLED最近籌集了4億美元，大頭是日本電通，其他還有豐田通商、住友化學、Screen Holdings，因為OLED除了拿來做電視，另一大用處是用在汽車顯示和汽車燈光上。

? 印刷OLED技術(shù)的工藝、難點深入剖析

在今年Q2，JOLED宣布，已研發(fā)出全球首款采用印刷式技術(shù)的4KOLED 面板產(chǎn)品，該面板產(chǎn)品尺寸為21.6 英寸，已于 4 月開始提供樣品給醫(yī)療用顯示器使用，之后計劃將應用對象擴大至電視、游戲機等用途。

目前“印刷顯示技術(shù)”僅能實現(xiàn)部分印刷顯示器件，即實現(xiàn)了OLED材料的印刷，但在TFT背板的印刷上尚未形成突破。

與傳統(tǒng)的蒸鍍工藝相比，印刷式具有工藝簡單、成本低廉、材料利用率高和更適合大尺寸面板的優(yōu)點，一旦印刷OLED 跨越了量產(chǎn)的瓶頸，將迎來極大的發(fā)展機遇。

? “印刷”和“蒸鍍”

OLED 的發(fā)光原理是在ITO 玻璃上制作一層幾十納米厚的發(fā)光材料——也就是人們通常所說OLED 屏幕像素自發(fā)光的材料，發(fā)光層上方有一層金屬電極，電極加電壓，發(fā)光層產(chǎn)生光輻射；從陰陽兩級分別注入電子和空穴，被注入的電子和空穴在有機層傳輸，并在發(fā)光層復合，激發(fā)發(fā)光層分子產(chǎn)生單態(tài)激子，單態(tài)激子輻射衰減發(fā)光，從而形成一個個的像素點。

發(fā)光材料在OLED 像素化的過程中起著至關(guān)重要的作用，目前其制造方法可分為蒸鍍和印刷兩種。

蒸鍍，是真空中通過電流加熱，電子束轟擊加熱和激光加熱等方法，使被蒸材料蒸發(fā)成原子或分子，它們隨即以較大的自由程作直線運動，碰撞基片表面而凝結(jié)，形成薄膜。

印刷顯示，就是使用印刷方式制作顯示器的有機材料膜層。具體而言，就是通過噴墨印刷設備上的多個印刷噴頭，將不同顏色的聚合物發(fā)光材料溶液精確的沉積在ITO 玻璃基板的隔離柱槽中，溶劑揮發(fā)后會形成100 納米左右厚度的薄層，構(gòu)成可發(fā)光的像素。

? 印刷工藝相對于蒸鍍工藝有以下優(yōu)勢：

1.工藝更加簡單；

2.有機發(fā)光材料蒸發(fā)效率更高，材料利用率而蒸鍍時有機材料氣體無差別沉積在玻璃基板上，材料利用率低。

3.更容易處理大型基板，尤其是Gen8 及以上尺寸面板；而蒸鍍受限于設備與技術(shù)，很難制作大尺寸精細金屬掩模板，導致該工藝無法應用在大尺寸面板的制造上4.制造成本更低，在OLED 面板的原材料使用上，印刷OLED 就比蒸鍍技術(shù)節(jié)省90%左右。

? 蒸鍍工藝印刷工藝

• 材料固體小分子溶液

  
  

• 工藝難度復雜簡單

  
  

• 材料使用效率10-20%80-90%

• 適用產(chǎn)品規(guī)格中小尺寸大尺寸，尤其是Gen8 及以上尺寸

  
  

• 制造成本昂貴便宜

  
  

• 印刷OLED 發(fā)展

材料方面，德國默克、美國杜邦、英國劍橋顯示以及日本住友化學等公司不僅擁有大量的專利，也建立了相應的生產(chǎn)線。

而5 月17 日日本JOLED 發(fā)布的首款印刷4K OLED 面板產(chǎn)品，并計劃2018 年初開賣，也標志著印刷OLED 技術(shù)正在加速走向商業(yè)化。

我國印刷 OLED 顯示材料方面，華南理工大學、中國科學院長春應用化學研究所、天津大學分別在熒光材料、磷光材料和載流子傳輸材料方面在國內(nèi)外發(fā)表大量的相關(guān)研究工作。

華南理工大學基于自主發(fā)展的聚合物發(fā)光材料及印刷陰極材料，成功制備了首個全噴墨打印的彩色顯示器件，從原理上實現(xiàn)了全印刷技術(shù)器件。

國內(nèi)印刷 OLED 顯示存在的主要問題在于材料廠商的參與缺位，優(yōu)勢技術(shù)集成度低，這成為我國印刷OLED 顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展遲滯的主要原因。

? 印刷OLED 專利（部分）

在OLED領域中，通過印刷顯示技術(shù)替代原有有機材料蒸鍍的工藝。此種方式確實能大大提升材料利用效率，并且預期未來將有助于降低顯示屏制造的直接成本。

但相比蒸鍍方法，打印技術(shù)目前在器件最終光效、高分辨率圖形化等方面還存在差距，需要進一步提升才能達到生產(chǎn)水平。

印刷顯示是采用可溶液化加工的有機、無機、納米功能材料(包括金屬、半導體、電介質(zhì)、光電材料等)，通過印刷或涂布技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)半導體工藝/真空工藝來制作顯示器。

目前主要應用方向是印刷OLED/印刷QLED；未來，TFT陣列也可采用印刷工藝來制作。

同時，印刷與柔性是一對天生的孿生兄弟，兩者可完美結(jié)合，最終實現(xiàn)Roll-To-Roll(卷對卷)的柔性印刷顯示技術(shù)，像印報紙一樣制造顯示屏。

? 印刷OLED 技術(shù)難點

雖然印刷OLED 的前景非常具有吸引力，但目前離量產(chǎn)仍有一段路要走，還要解決很多技術(shù)難點，其主要來自于工藝穩(wěn)定性的壓力，可分為以下三方面。

1.墨水

墨水的穩(wěn)定性是印刷制成的關(guān)鍵因素，且除去其自身性質(zhì)變化因素外，影響墨水穩(wěn)定性的較大的因素是氣泡。假設現(xiàn)有廠商能穩(wěn)定且大量提供無雜質(zhì)墨水的前提下，墨水在運輸、灌入過程中會引入氣泡，而如何去除氣泡暫時還沒有良好的解決方法。

常規(guī)實驗室工藝為將墨水長時間負壓靜置，以便較大氣泡上浮至表面破裂。這種處理方法在工業(yè)上是否適用有待考證。同時靜置法能去除較大的氣泡，但是較小的氣泡能夠存在于液體中很長時間。

考慮到常用工業(yè)用噴頭單次出墨量為10pl，則其噴頭尺寸一般為20-30 um。則整個打印系統(tǒng)對微小氣泡異常敏感。

氣泡的存在不僅僅會存在氣栓現(xiàn)象，影響墨水的流動；同時因為氣泡可以移動和壓縮，則其會在噴墨頭內(nèi)游動，造成單噴頭或多噴頭的出墨不穩(wěn)或無法出墨現(xiàn)象。

2.噴頭

除去在小型研發(fā)機臺上部分會采用單噴頭單噴嘴系統(tǒng)外，在中型平臺以上一般均會采用單噴頭多噴頭嘴系統(tǒng)。該噴頭可以在印刷過程中用多噴頭進行噴印，從而在提高生產(chǎn)效率的前提下，能夠達到均化每個像素點內(nèi)墨水體積的作用。

印刷上的穩(wěn)定性體現(xiàn)在為噴頭的穩(wěn)定性。

與蒸鍍不同，一般在印刷工藝前會對噴頭進行校準，其后再進行印刷。但是印刷過程中無法對噴頭狀態(tài)進行觀測（出墨速度快，需要專用高速攝像頭延時抓拍），則一旦噴印中1 個噴頭出現(xiàn)故障，則其不僅僅影響1 個像素，而是會影響1 列、甚至多列像素。

比如因為出墨較少導致功能層較薄，導致屏幕出現(xiàn)Mura（部分可通過TFT調(diào)節(jié)），或者印刷EML時偶然歪斜，出現(xiàn)紅綠像素混色現(xiàn)象（混色會連續(xù)性出現(xiàn)，之間影響整體印刷效果）。

3.成膜

成膜亦是溶液法印刷的難點之一。墨水在印刷上去時已然在表面開始揮發(fā)，一般墨水邊緣揮發(fā)速度較快，則會出現(xiàn)咖啡環(huán)現(xiàn)象。

該現(xiàn)象在實驗室中已經(jīng)有較為成熟的解決方案。但實驗室僅對30 mm x 30 mm大小的基板進行測試，現(xiàn)在面臨的難點是對于大尺寸面板的干燥問題。

即便是在200 mm x 200 mm平臺上，大規(guī)模均勻成膜還是難點之一。

主要難點體現(xiàn)在印刷完基板中部和基板邊緣處揮發(fā)速度呈現(xiàn)較大差異，比如中間揮發(fā)較慢，邊緣揮發(fā)較快，則器件點亮時呈現(xiàn)明顯無法修復的Mura。

這是也是造成印刷 OLED 顯示面板無法達到市場化要求的主要問題。

? 設備

大規(guī)模量產(chǎn)印刷OLED 產(chǎn)品，需要在8.5 代以上噴墨印刷設備、可溶性OLED 材料及墨水、噴墨印刷技術(shù)、薄膜封裝技術(shù)、氧化物TFT 背板技術(shù)以及驅(qū)動補償技術(shù)等等實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的突破。

若采用高沸點溶劑，則在現(xiàn)階段依然需要真空設備。和常規(guī)Mask技術(shù)不同，印刷用的真空設備對真空度要求不高，但是為了穩(wěn)定成膜，對真空設備抽速和真空恒壓性能有很高要求。

以常規(guī)印刷OLED器件制成來看，除去array段與ITO圖形化與蒸鍍段相同外，印刷制成需要以下工藝流程：

1.Bank（PDL）結(jié)構(gòu)

在array上均勻制作一層Bank以限定溶液流動，制作方式可以為小型實驗平臺或Slit/ Slot Dye方式制作。

材料為光刻膠，其后通過曝光、顯影、刻蝕、清洗后才能形成可用圖案，則在該階段需要一張Mask。

2.疊層結(jié)構(gòu)

假設常規(guī)印刷OLED中HIL、HTL和EML為印刷層，則其制作完Mask后基本需要經(jīng)過以下流程：

• HIL印刷，印刷完畢后真空干燥（聚合物需加熱交聯(lián)）；

  
  

• HTL印刷，印刷完畢后真空干燥（聚合物需加熱交聯(lián)）；

  
  

• EML 印刷，若RGB為同體系溶液，可一并印刷后真空干燥（聚合物需加熱交聯(lián)）；

即便在沒有聚合物的前提下，每層的制作最少經(jīng)過打印-轉(zhuǎn)移至真空腔-真空腔干燥-轉(zhuǎn)移出等幾個步驟。

與傳統(tǒng)工藝相比，除去設備的增加外，印刷的時間過長亦提高了制作成本。

制作完EML后，再以蒸鍍方式制作ETL、EIL和電極，完成器件封裝。

在假設3個功能層真空條件且不需要Baking的條件下，則除去打印機外，額外需要設備為：

制作Bank：Slit 機器、Baking設備、真空Chamber、曝光刻蝕設備。

功能層：理想情況各功能層為同一材料體系、有相同的干燥工藝且不需要Baking交聯(lián)，則需要1個真空Chamber；若三層材料體系不同、干燥工藝不同且需要Baking，則需要3個獨立真空Chamber（可集成熱臺功能）。

廢液處理和收集設備：需注意的是大部分有機良溶劑為有機溶劑，呈現(xiàn)一定的毒性，無法直接排放。同時較高的沸點也使得該類液體回收困難。

? 工藝時長

印刷為溶液法制程，一般印刷OLED器件中需要印刷1-3層，其中1-2層為共用功能層，而第三層為EML層。

耗時較長主要表現(xiàn)為工藝處理時間較長。以常見OLED器件為例，因為需要制作3層功能層，則需要分別進行三次打印。

為了避免溶液在低溫揮發(fā)損壞噴頭，一般印刷用墨水沸點在150℃-250℃以上，造成該溶液揮發(fā)困難，則在現(xiàn)階段依然需要真空設備。

每次打印需要真空干燥，部分材料為了提高性能還需要烘烤。則為了打印1個OLED器件，其需要重復進行印刷-干燥-烘烤3次。干燥為低壓或真空，意味這需要真空Chamber。

? 易耗品

對印刷打印來看，其噴頭是易耗品。即便對于最便宜的Fujifilm噴頭其價格也在數(shù)千至數(shù)萬美金不等。

即便以研發(fā)平臺為準來看，印刷OLED設備最少需要5個噴頭來對應5個不同功能層，在產(chǎn)線上為了提高效率，對于同一功能層的印刷需要多個噴頭系統(tǒng)進行打印，則產(chǎn)線上噴頭使用數(shù)量在10個以上。無形中直接提高了生產(chǎn)成本和維護成本。