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喊了那么多年的印刷OLED,何时大规模商用?

喊了那么多年的印刷OLED,何时大规模商用?

喷墨印刷一直以来都是OLED电视发展路径上,相当有话题性的一条技术路线。在显示行业,关于喷墨印刷OLED的消息很多,其中最大的看点是:2020年年中,TCL董事长李东生宣布,旗下华星光电拟以300亿日元对日本JOLED公司进行投资,并签署了联合开发OLED电视印刷技术的协议……

2019年12月,京东方在北京召开了一场创新合作大会,推出了一款55英寸的8K分辨率(160ppi)OLED电视原型产品,特色在于其面板采用喷墨印刷的方式打造。这块面板能够达到最高400nit的亮度,色域覆盖95%的DCI-P3。这是京东方推出的第二款喷墨印刷OLED电视原型产品,其首款产品在2018年对外展示。V5Hesmc

在2020年的SID Display week(国际显示周)上,京东方再度展示了这款产品,并且给出了有关生产工艺和显示结构的更多细节信息。从供应链的消息来看,面板的喷墨印刷采用了美国Kateeva公司的喷墨沉积设备。实际上,喷墨印刷是京东方进一步实现OLED电视大规模商业化的路径之一。据《国际电子商情》了解,大尺寸OLED面板的制造主要有印刷OLED、WOLED(白光有机发光二极管)与量子点OLED三个方向。V5Hesmc

喷墨印刷一直以来都是OLED电视发展路径上,相当有话题性的一条技术路线。在显示行业,关于喷墨印刷OLED的消息很多,其中最大的看点是:2020年年中,TCL董事长李东生宣布,旗下华星光电拟以300亿日元对日本JOLED公司进行投资,并签署了联合开发OLED电视印刷技术的协议。V5Hesmc

华星光电和天马微电子曾在2016年共同出资建立聚华印刷,以“开放创新平台”的方式来发展喷墨印刷OLED面板。虽然我们暂不知晓聚华印刷在TCL集团目前针对喷墨印刷OLED的发展路径中处在怎样的位置,但是多年来TCL以及华星光电对于OLED喷墨印刷技术相当执着。V5Hesmc

从筹备期走向市场

而JOLED是JDI(日本显示)、INCJ(日本产业革新机构)、索尼、松下联合成立的一家面板制造商,在宣传上也是全球“首家印刷OLED量产企业”。从此前媒体公布的计划表来看,JOLED原本预计是在2020年要实现喷墨打印OLED的商用——现在看来这一目标已基本达成,不过喷墨印刷OLED的市场仍然没有那么大众。V5Hesmc

2020年年底,JOLED与德国AERQ(LG电子与汉莎技术联合成立的风投公司)宣布合作,准备将中型尺寸的印刷OLED引入到飞机舱中;2020年3月,EIZO(艺卓)发布了一款采用JOLED喷墨印刷工艺制造的FORIS NOVA显示屏——21.6"4K AMOLED面板,该面板在国内的售价大约是42,000元人民币左右;2020年年初,日本旭硝子开始开发基于JOLED生产面板的显示屏,主要用于列车悬挂广告牌等场景;2019年3月,华硕推出了首款采用JOLED面板的4K显示屏,其价格达到了5,000美元。V5Hesmc

以上是JOLED实现喷墨印刷OLED“商用”的几个重要案例,也代表了喷墨印刷OLED面板的发展现状。JOLED最早于2017年6月宣布开始21.6寸4K OLED面板的样品生产,并于该年年底宣布商业出货。到2019年年底,JOLED宣布开始在其位于日本石川县能美市的5.5代产线,进行喷墨印刷OLED显示面板的样品生产。这批10-32英寸中型尺寸面板定位于高端显示器、医疗设备显示器以及汽车市场;当时预计2020年实现量产,能美工厂月产20,000片。V5Hesmc

JOLED的确是OLED喷墨印刷的种子选手。2018年11月,友达光电(AUO)决定建立一条喷墨印刷OLED产线,该公司就与JOLED有多番合作,包括采用JOLED的生产设备——同年8月,JOLED宣布与Screen Finetech Solutions和Panasonic Production Engineering(松下工程)签署协议,联合开发、生产并销售针对大尺寸OLED的打印设备。V5Hesmc

与此同时,包括京东方、华星光电、天马微电子在内的几家中国企业预期2020-2021年逐步建立喷墨印刷OLED生产线。这些面板制造商都曾在2019年展示过其喷墨印刷OLED显示屏原型产品。V5Hesmc

三星(Samsung Display)曾在2020年8月展示过一款18.2英寸的2K分辨率(202ppi)喷墨印刷OLED显示屏,该显示屏做到了当前所有喷墨印刷OLED中最高的效率,全白显示亮度350cd/m²。三星表示,要达成这个亮度,需要对顶部发射器件结构,以高性能可溶性材料进行调整。而高分辨率,则需针对喷射墨滴做喷射波形的调制,并根据粘性和表面能选择正确的油墨配方,提升墨滴的定位精度。这至少表明,喷墨印刷OLED技术仍在改进和调整阶段。目前,三星有在小尺寸蒸镀OLED面板、中尺寸喷墨印刷OLED面板以及大尺寸的混合QD-OLED面板(量子点QD filter也采用Kateeva的喷墨印刷设备)均有做投入。V5Hesmc

Kateeva也在更上游环节受到关注:聚华印刷早在2019年就开始采用Kateeva的打印机;去年8月,天马也从Kateeva订购了研发OLED喷墨打印系统,该系统为200mm YIELDJet Explore打印系统;加上京东方、三星这样的客户,Kateeva可谓是喷墨印刷界的香饽饽。[!--empirenews.page--]V5Hesmc

华星光电此前曾经提过其OLED喷墨印刷计划涉及的合作伙伴至少包含了Kateeva、日本住友、德国默克、美国杜邦,以及天马。V5Hesmc

即便在量子点显示技术上,印刷技术也将变得重要。2020年年末,国内的量子点材料供应商纳晶科技开始针对量子点显示以及发光二极管的开发和实验性生产,采用Notion Systems的n.jet显示系统——所用的就是喷墨技术,针对显示生产在多个步骤中进行功能层的印刷。V5Hesmc

Notion Systems去年下半年也宣布开始收获一些重要订单,包括“一家主要台湾显示屏制造商”的多个n.jet显示喷墨打印系统的订单。V5Hesmc

2019年年中,《国际电子商情》采访默克时,作为材料供应商的默克也特别提到在印刷OLED方面的布局。“我们有提供全套的打印油墨解决方案,也比较擅长做高精度显示解决方案。”默克光电材料(上海)有限公司显示科技事业部总经理隋郁说,“我个人在这块更看好国内的发展,因为OLED打印这块需要做投入。我更相信中国企业一方面有这个财力和能力,另一方面也能得到足够的支持,包括政府、行业的支持。”V5Hesmc

“我相信在这块,我们国内有机会实现弯道超车。”隋郁表示。V5Hesmc

市场真正成熟还需多久?

国内面板制造商藉由“印刷OLED技术路线来实现弯道超车”,似乎已经成为市场的一个共识。华星光电此前就表示,华星光电将以印刷OLED为契机,“力争2022-2023年与三星、LG一起跻身第一阵营;力争2023-2024年实现印刷QLED的全球领先。”只不过这项技术真正步入成熟的具体时间仍是个问号。V5Hesmc

早在2019年,HIS就预测表示,喷墨打印OLED显示器会在2020年进入大规模量产,年产大约105,000片,并在四年内提升12倍——这个预期可能过于乐观。从更实际的表现来看,2019年10月,TCL公布华星光电的OLED喷墨印刷项目进展顺利,公司预期其8.5代广州T8生产线会在2024年开始大规模量产。V5Hesmc

早前的《广州市2020年重点建设预备项目计划》提到:深圳市华星光电技术有限公司计划于2021年投建印刷及可卷绕显示研发与生产基地,预计2023年建成投产,并于2024年量产;2020年计划投资300万元,项目总投资460亿元。V5Hesmc

从此前与JOLED合作投资300亿日元,到广州460亿元人民币总投资,都足以表现TCL和华星光电在发展喷墨印刷OLED技术方向上的决心。V5Hesmc

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图1,来源:DSCCV5Hesmc

事实上,从DSCC(Display Supply Chain)的预期来看,虽然在宣传上喷墨印刷OLED可以达成更好的性能和成本效益,但按照沉积类型的材料营收总量来看,今年二季度AMOLED方向的投资几乎主要都是基于蒸镀技术。所以DSCC认为,蒸镀材料仍然将持续统治市场。喷墨印刷面板AMOLED材料成本,到2024年时预计将比WOLED堆叠材料成本低至多50%(图1)。V5Hesmc

所以,在整个市场上看到大规模的喷墨印刷OLED面板,还需要更多的时间。较为成熟的WOLED技术相比起步不久的QD-OLED和喷墨印刷OLED,仍然有着相当的市场价值优势。V5Hesmc

此外,行业内有一则值得关注的资讯,前文多次提及的Kateeva,其企业自身发展存在不确定性。2019年年初,Kateeva宣布了一波较大规模的裁员计划,也包含了不少高层,而且内部做了领导班子的重组。据了解,Kateeva的客户至少包含了三星、京东方、LG、聚华印刷等。V5Hesmc

不过,这并不能代表喷墨印刷OLED技术本身的不明朗。据供应链消息称,Kateeva丢掉了三星Q-1工厂8.5代QD(量子点)和TFE(薄膜封装)喷墨印刷业务的订单,这些订单被韩国的SEMES拿下。DSCC的报道提到,Q-1工厂中Kateeva的8.5代QD像素控制线系统仍然十分重要,Kateeva在印刷技术方面的地位仍然没有动摇。V5Hesmc

无论如何,当前Kateeva正面临剧烈的行业竞争,包括TFE市场和像素打印市场;竞争对手则有Toray、SEMES、松下、Screen、TEL(Tokyo Electron)等。V5Hesmc

为什么喷墨打印OLED很重要?

OLED显示技术发展本身已经很多年了,其优势相较于LCD在近年来愈发凸显。去年我们针对默克的多次采访,也都指向,这家在液晶材料领域占最大市场份额的企业正将注意力更多转往OLED相关材料。V5Hesmc

如今,OLED面板制造的主流方案基于蒸镀技术,有机材料通过一层很薄的金属掩膜,蒸镀沉积到玻璃基板上。这种方案用于中小型面板上的问题不大,但应用于大面积OLED面板时就很困难,所以市场上的OLED电视普遍都很昂贵。金属掩膜版必须做得很薄,这样才能在蒸镀过程中让阴影效应最小化。但大面积的掩膜做得很薄就十分脆弱,因为其自重会很容易下垂或弯曲。与此同时,掩膜版会遮挡并浪费掉2/3的材料——这些沉淀到掩膜版上的材料又会增加其重量,令制造过程更为复杂。[!--empirenews.page--]V5Hesmc

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图2V5Hesmc

OLED印刷是一种降低OLED面板制造成本,并将其应用于大尺寸设备的方案。这种技术在不需要掩膜的情况下,就能实现比较精准的材料沉积。理论上它能够减少材料浪费、增加良率、降低成本。在常规条件下,OLED喷墨印刷就通过移动的平台和喷嘴将OLED像素等材料,“印刷”到玻璃或塑料板上。V5Hesmc

但就目前来看,OLED喷墨印刷仍然面临一些挑战。行业对于印刷OLED研究已经超过15年,仍有很多需要解决的问题,比如用于印刷的可溶OLED材料本身就比蒸发材料要低效;像素需要沉积多层材料,控制有机材料“印刷”到像素之上的油墨量就具有挑战性;在像素上构成材料的平面薄膜工艺有难度等。V5Hesmc

从比较直观的角度来说,通常喷墨印刷OLED难以达到蒸镀OLED那样的像素密度,不过喷墨印刷很大程度上就是为大尺寸面板——例如电视OLED面板准备的,也基本不会将其应用于手机、可穿戴这样的小尺寸设备。V5Hesmc

好在经过这么多年的发展,喷墨印刷OLED面板在行业上下游参与者的共同努力下,的确已经在2020年初见曙光。而在此后几年,由于投资力度的加大以及国内面板市场将其视作弯道超车的技术路径,相信这项技术也会呈现出井喷式的发展。V5Hesmc

本文为《国际电子商情》2021年2月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击 这里V5Hesmc

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黄烨锋
欧阳洋葱,编辑、上海记者,专注成像、移动与半导体,热爱理论技术研究。
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