在OLED即将迎来爆发式增长之际,OLED制作工艺上却走到十字路口。上个月,日本显示面板公司JOLED宣布,世界第一条印刷显示OLED生产线竣工,开始投入运营。相比目前较为成熟的真空蒸镀工艺,印刷显示能够显著提升材料利用率,降低大尺寸OLED屏幕成本。
目前,加入印刷显示OLED这一阵营的还有TCL华星,抢占未来显示高地。随着印刷显示产业化落地,中国企业有望改变之前跟在日韩企业身后的跟随路径,引领整个显示面板行业的进程。
韩企领先OLED
OLED是Organic Light-EMItting Diode的缩写,翻译为有机发光二极管或有机发光显示器。作为一种电流型的有机发光元器件,OLED是通过载流子的注入和复合而致发光的现象:发光强度与注入的电流成正比,在电场的作用下,由阳极产生的空穴和阴极产生的电子分别向经由传输层迁移到光层,而这在光层相遇而产生能量激子,激发出光分子而最终产生可见光。
因此,与LCD的液晶显示器不同,OLED本身具备自发光的特点,因其发光层比较轻,基层可使用富于柔韧性的材料而不必须使用刚性材料。进而,OLED显示屏比LCD更轻薄、亮度高、能耗低、清晰度高,因其未使用液晶而广角大、不会透射蓝光,影响视力。
事实上,OLED的发光原理早在1936年就为人们所发现。直到1975年,邓青云博士加入柯达公司Rochester实验室工作,由于一次偶然发现,他开始了对OLED的研究。1987年,邓青云博士与其同事汪根样博士、Steven成功地使用类似半导体结构PN结的双层有机结构,以此做了第一次的低电压、高效率的光发射器,为OLED显示器的发明奠定了基础。此后,OLED开始作为一种可商业化和性能优异的平板显示技术,逐渐进入人们的视野。
当前,全球已经有近100多家的研究机构和企业投入到OLED的研发与生产中,包括目前市场上的显示巨头,如京东方、TCL华星、三星,LG,飞利浦,索尼等公司。
整体看来,其中中小尺寸的单色、多色和彩色OLED器件目前已经达到批量生产水平,大尺寸全彩色器件目前尚处在研究开发阶段。其中,LGD成为唯一仍在坚持大尺寸OLED面板生产的企业。
但多年过去,大尺寸OLED依旧面临许多问题。
比如,LGD的生产线中,大尺寸OLED现有技术主要是白光OLED,蒸镀工艺会造成材料利用率极低,而发光材料又极其昂贵,因此量产成本居高不下;同时,在长期使用过程中,OLED 显示屏也可能会显现出轻微的视觉变化,若屏幕长时间显示某个静止图像会留下无法消除的残影,这属于OLED 图像残留和老化的正常现象。
大部分企业转而采用Mini-LED到Micro-LED技术。据了解,Mini-LED背光封装采用倒装mini LED芯片直接实现均匀混光,无需透镜进行二次光学设计。由于本身芯片结构小,利于将调光分区数做的更加细致,可以达到更高的动态范围(HDR),实现更高对比度;另一方面,还能缩短光学混光距离(OD),以降低整机厚度从而达到超薄化的目的。总的来说,当前利用Mini-LED技术,可生产出接近OLED屏幕的画质,但成本将比OLED技术要低得多,实现量产的可能性更高。
但这并不意味着OLED的发展就此终止。
TCL华星副总裁张鑫曾表示,OLED虽然画质表现非常好,但因成本问题,还有一段路要走,可能会比Micro-LED稍微快点。在OLED诸多的技术选择当中,TCL华星认为打印式OLED是最先进的,因其器件结构更简单,更具成本优势,有望实现大批量生产。
TCL华星抢占未来显示高地
近年来,在新型显示领域尤其是印刷显示OLED技术的研发中,TCL华星动作频频。
2015年,在SID Keynote 的演讲中,TCL创始人李东生曾说,在大尺寸应用上,印刷显示技术在OLED工艺上的应用有可能开发出新一代的大尺寸显示技术。
李东生认为,从技术的角度看,OLED器件结构简单,目前采用的真空蒸镀工艺设备昂贵,材料消耗很大,且良率难以提高。现有的OLED工艺生产大尺寸产品实际上极缺乏竞争力,如果能用印刷显示技术取代真空蒸镀工艺来生产大尺寸的OLED,也许是一个解决的方向。同时,用印刷显示取代真空蒸镀工艺,还有可能实现柔性和可卷绕的生产工艺,并有可能大幅提高效率和降低成本。
为此,2016年,在广州科学城的一片空地上,广东聚华印刷显示技术有限公司(以下简称“聚华”)研发大楼正式开建。TCL华星陆续将天马微电子、中电熊猫、华南理工大学、华中科技大学、福州大学、中国科学院福建物构所等国内涉足显示行业的主要企业、高校和科研机构联合起来,共同发起成立了广东聚华这一印刷显示公共研发平台。这是显示领域唯一一个国家级制造业创新中心——国家印刷及柔性显示创新中心。一年后,TCL华星全资子公司——华睿光电成立,专门为聚华研发蒸镀及打印用的OLED显示材料。
2018年3月,聚华陆续打印出了31英寸OLED 2K屏、4K屏和400ppi的5吋屏,后者由聚华和天马微电子一起研发而成,是全球用印刷方式做成的分辨率最高的显示屏。
2019年1月,在当年的美国CES展(国际消费类电子产品展览会)上,聚华和TCL华星联合推出了一块31吋H-QLED屏,这是全球首款结合量子点与OLED双重优势的喷墨打印显示器。
当前,对于印刷OLED技术,全世界的面板企业都处于探索阶段,要真正实现量产,使得印刷型OLED显示器落地应用,仍需时日。但可以肯定的是,在过往技术积累的基础上,TCL华星无疑具有更多的优势。
可以预见,在未来,通过印刷显示技术,最终达到卷对卷生产技术(Roll to Roll),大面积、轻、薄、柔性的、“像印报纸一样制造显示器”,将在人们的生活中随处可见。
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