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。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。

从国家印刷及柔性显示创新中心成立以来,最大的收获有两个,一是建成G4.5印刷显示公共平台,为研究提供平台支撑;二是研发出5寸400ppi超高分辨率印刷OLED样机和31寸H-QLED量子点样机,均为全球首创。广东聚华印刷显示技术有限公司总经理付东表示。

终极目标是实现全印刷显示器件

印刷显示技术具有轻薄、柔性、大面积、低成本、节能等特点,是未来新型显示的发展方向,也是我国新型显示产业由过去的跟随发展转向引领发展的最佳切入点。广东以企业法人+联盟的形式,组建了以广东聚华为载体的印刷及柔性显示创新中心,并于2017年10月经工业和信息化部批复成立国家印刷及柔性显示创新中心。
付东介绍,自成立以来,创新中心在平台建设、技术攻关、人才培养、产业孵化等方面取得了阶段性成果,接下来将进一步加快平台建设,以创新引领新型显示产业的高质量发展。
像印报纸一样制造显示器
走进位于广州科学城的创新中心,科研人员正在实验室中忙碌着,一排高大精密的设备充满了科技感。
我们希望在未来三到五年,可以将印刷显示技术生产的柔性屏产品推向市场,或许十年后我们可以像印报纸一样制造显示器。付东说。
据了解,OLED以其自身所具备的自发光、高对比、广色域、大视角、响应速度快、可实现柔性显示等一系列突出优点,成为最具潜力的新一代新型平板显示技术。目前,生产OLED屏,主要采用的是真空蒸镀工艺,设备昂贵,材料消耗很大,尤其是大尺寸OLED尚处于市场导入期。
付东介绍,印刷显示技术将成为破解大尺寸OLED瓶颈的重要途径。相比蒸镀技术,用印刷显示技术生产OLED有多方面优势,首先,印刷显示工艺能极大提高有机材料的利用率,可达90%以上;其次,印刷显示工艺不受设备与大尺寸精细金属掩模板的限制,可以制备大尺寸显示屏;再者,采用印刷显示工艺的器件结构,画面呈现效果也更为优质。
此外,印刷显示与柔性显示是一对孪生兄弟,两者可完美结合,用印刷显示工艺的方式制备柔性显示器件,尤其是大尺寸OLED柔性显示器件,是当前新型显示行业最具前景的课题,在未来技术成熟后,像印报纸一样制造显示屏将成为现实。
在显示产业的发展历程中,一直以来都是欧美、日本等发达国家掌握核心技术,中国处于跟随发展的被动状态。付东介绍,印刷显示技术将成为我国显示产业实现从跟随向引领转变的重大历史机遇,创新中心将汇聚企业、高校、科研机构等全行业创新资源,努力攻克印刷及柔性显示关键技术,打通从材料、装备、工艺到面板生产的全产业链,为我国新型显示行业发展提供助力。
成功点亮两屏
在今年初的全球性消费电子展盛会美国拉斯维加斯CES展会上,创新中心联合股东单位共同研发的全球首款结合量子点与OLED双重优势的喷墨打印H-QLED显示样机面世,获得了显示行业的瞩目。该技术体现了智能绿色制造、高分辨、宽色域、广视角等未来新型显示的必要元素,代表了显示行业未来的重要发展方向。
无独有偶,在CES展上,创新中心与股东单位共同设计制造的5寸400ppi超高分辨率印刷OLED样机,是至今采用印刷技术完成的最高分辨率显示器之一,同样受到广泛关注。据悉,该高分辨率印刷AMOLED样机的展示,将喷墨打印技术的适用范围从TV、平板等中大尺寸显示,进一步扩展到了手机等小尺寸应用,可为喷墨打印技术商业化应用起到推动作用。
以上只是创新中心成立以来多项成果的一个缩影。目前,创新中心基本建成以G4.5印刷显示中试平台、200mm喷墨打印/干燥成膜/蒸镀/封装平台、器件性能检测评估平台为主的工艺平台,以印刷QLED材料为主的材料孵化平台,初步具备TFT背板清洗、功能层打印、功能层蒸镀、器件封装以及器件检测等能力。
同时,创新中心基于G4.5公共研发平台成功制作并点亮了31英寸全高清印刷OLED显示屏、超高清印刷OLED显示屏。
关键词:柔性印刷

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,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。

关键词:显示新技术OLED印刷显示