什么是印刷技術(shù)生產(chǎn)OLED？

看這張圖！可以看到是用一種叫做PIEZO的技術(shù)來(lái)噴出填充的發(fā)光材料（RGB）到空的像素點(diǎn)里面。那么這種Piezo到底是什么技術(shù)呢？這技術(shù)其實(shí)不稀奇，叫做微壓電噴墨打印，愛(ài)普生的打印機(jī)就是用這種技術(shù)打印的照片、文檔。

目前OLED的生產(chǎn)設(shè)備：蒸鍍機(jī)

未來(lái)的打印技術(shù)：什么是Piezo？

每一個(gè)微小的噴嘴都是通過(guò)壓電材料變形來(lái)噴出墨水

像打印海報(bào)一樣打印OLED大屏電視機(jī)面板

微壓電的技術(shù)原理其實(shí)不復(fù)雜，在噴嘴附近，有一個(gè)壓電材料，當(dāng)給予這個(gè)壓電材料一個(gè)電壓，它就會(huì)產(chǎn)生材料變形，然后將墨水腔里面的墨水?dāng)D出，當(dāng)然，制造OLED就是發(fā)光材料。

單個(gè)微壓電打印頭其實(shí)不大

這張圖片是單個(gè)的微壓電打印頭，并不大，只有幾厘米長(zhǎng)，但是OLED的電視機(jī)，最大已經(jīng)有77寸了，怎么才能實(shí)現(xiàn)快速的生產(chǎn)出來(lái)OLED電視機(jī)那么大的面板呢？

這種可以交錯(cuò)排列的微壓電打印頭可以解決寬度問(wèn)題，高密度排列還可以解決產(chǎn)能問(wèn)題

印刷技術(shù)生產(chǎn)OLED，和液晶一樣其實(shí)受限與玻璃的尺寸

答案在這張圖，可以用多個(gè)打印頭陣列的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然我們提供的示意圖是愛(ài)普生的，實(shí)際上還有柯尼卡美能達(dá)、理光等企業(yè)也有微壓電打印頭技術(shù)，它們實(shí)現(xiàn)的原理是一樣的。打印照片的分辨率可以達(dá)到1200dpi，所以不用擔(dān)心顯示器的精度問(wèn)題，無(wú)論是4K的電視機(jī)，還是6寸、300ppi以上的手機(jī)屏，都可以用這種技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)。

我們把時(shí)間回溯到十幾年以前。那個(gè)時(shí)候，CRT由于要抽真空，所以無(wú)法做大，正在推出歷史舞臺(tái)。新的技術(shù)當(dāng)時(shí)有三種：液晶、等離子以及SED。SED是當(dāng)時(shí)佳能和東芝合作推出的產(chǎn)品。

CRT被淘汰是因?yàn)轶w積限制，并非畫(huà)質(zhì)不好！

淘汰CRT，并不是因?yàn)樗?huà)質(zhì)不好！只是因?yàn)樘瘛⑻?、做不大，而?dāng)時(shí)32寸-40寸尺寸的5代線-6代線的液晶可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)切割，成本下降，成品更大、體積更薄，畫(huà)質(zhì)也算能接受。但是液晶并不是畫(huà)質(zhì)最好的顯示技術(shù)，事實(shí)上畫(huà)質(zhì)最好的顯示技術(shù)其實(shí)是SED！

SED的基本原理：一樣是電子轟擊熒光體發(fā)光

SED的核心專利其實(shí)在佳能手里。在原理上，它也沒(méi)有背光，其實(shí)是相當(dāng)于每個(gè)像素是一個(gè)獨(dú)立的小的腔體，也用熒光粉發(fā)光顯示，所以畫(huà)質(zhì)在當(dāng)時(shí)是最好的。當(dāng)年的技術(shù)展覽上，液晶陣營(yíng)的三星董事長(zhǎng)李健熙看過(guò)SED之后，給了“確實(shí)不錯(cuò)！”的評(píng)價(jià)。

當(dāng)年SED電視機(jī)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)其實(shí)很前衛(wèi)

當(dāng)年的展會(huì)上SED沒(méi)少DISS液晶

SED的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以用佳能的噴墨打印技術(shù)，可以在很大的液晶玻璃板上實(shí)現(xiàn)印刷式的生產(chǎn)，和OLED是一樣的，只不過(guò)佳能的噴墨是熱發(fā)泡技術(shù)而已。但是在即將上市的關(guān)口，一個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳的小公司把SED的兩家公司告上法庭，控告專利侵權(quán)。結(jié)果居然是這個(gè)小公司勝利，佳能和東芝的SED計(jì)劃夭折，否則今天市場(chǎng)上我們還有更多的選擇。

OLED回歸高畫(huà)質(zhì)：未來(lái)印刷技術(shù)會(huì)更便宜

過(guò)去的已經(jīng)過(guò)去，還好我們等來(lái)了OLED這種主動(dòng)發(fā)光的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高畫(huà)質(zhì)，而SED則消失在了歷史的洪流當(dāng)中，作為消費(fèi)者，我們其實(shí)忍受了十多年液晶較差的畫(huà)質(zhì)、對(duì)比度、動(dòng)態(tài)清晰度。但未來(lái)是光明的：印刷技術(shù)的OLED成本更低、產(chǎn)能更高，相信普及之后可以讓OLED電視取代LCD走進(jìn)千家萬(wàn)戶。

印刷OLED技術(shù)

印刷顯示在大規(guī)模生產(chǎn)前所面臨的問(wèn)題如下：

技術(shù)

現(xiàn)在打印的器件性能總體上接近于旋涂器件，但是離蒸鍍器件還有相當(dāng)長(zhǎng)的一段距離。

除去器件性能以外，現(xiàn)有印刷技術(shù)還面臨的問(wèn)題有：

工藝穩(wěn)定性不高：在生產(chǎn)上穩(wěn)定性壓倒一切

對(duì)于噴墨印刷過(guò)程來(lái)說(shuō)，其工藝上穩(wěn)定性的壓力來(lái)自于以下3個(gè)方面：

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(shè)現(xiàn)有廠商能穩(wěn)定且大量提供無(wú)雜質(zhì)墨水的前提下，墨水在運(yùn)輸、灌入過(guò)程中會(huì)引入氣泡，而如何去除氣泡暫時(shí)還沒(méi)有良好的解決方法。

常規(guī)實(shí)驗(yàn)室工藝為將墨水長(zhǎng)時(shí)間負(fù)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(shí)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(zhǎng)時(shí)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(gè)打印系統(tǒng)對(duì)微小氣泡異常敏感。

氣泡的存在不僅僅會(huì)存在氣栓現(xiàn)象，影響墨水的流動(dòng)；同時(shí)因?yàn)闅馀菘梢砸苿?dòng)和壓縮，則其會(huì)在噴墨頭內(nèi)游動(dòng)，造成單噴頭或多噴頭的出墨不穩(wěn)或無(wú)法出墨現(xiàn)象。

印刷

除去在小型研發(fā)機(jī)臺(tái)上部分會(huì)采用單噴頭單噴嘴系統(tǒng)外，在中型平臺(tái)以上一般均會(huì)采用單噴頭多噴頭嘴系統(tǒng)。該噴頭可以在印刷過(guò)程中用多噴頭進(jìn)行噴印，從而在提高生產(chǎn)效率的前提下，能夠達(dá)到均化每個(gè)像素點(diǎn)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(huì)對(duì)噴頭進(jìn)行校準(zhǔn)，其后再進(jìn)行印刷。但是印刷過(guò)程中無(wú)法對(duì)噴頭狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)（出墨速度快，需要專用高速攝像頭延時(shí)抓拍），則一旦噴印中1 個(gè)噴頭出現(xiàn)故障，則其不僅僅影響1 個(gè)像素，而是會(huì)影響1 列、甚至多列像素。

比如因?yàn)槌瞿^少導(dǎo)致功能層較薄，導(dǎo)致屏幕出現(xiàn)Mura（部分可通過(guò)TFT調(diào)節(jié)），或者印刷EML時(shí)偶然歪斜，出現(xiàn)紅綠像素混色現(xiàn)象（混色會(huì)連續(xù)性出現(xiàn)，之間影響整體印刷效果）。

成膜

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

該現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)有較為成熟的解決方案。但實(shí)驗(yàn)室僅對(duì)30 mm x 30 mm大小的基板進(jìn)行測(cè)試，現(xiàn)在面臨的難點(diǎn)是對(duì)于大尺寸面板的干燥問(wèn)題。

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

主要難點(diǎn)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(diǎn)亮?xí)r呈現(xiàn)明顯無(wú)法修復(fù)的Mura。

工藝耗時(shí)較長(zhǎng)

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(shí)較長(zhǎng)主要表現(xiàn)為工藝處理時(shí)間較長(zhǎng)。以常見(jiàn)OLED器件為例，因?yàn)樾枰谱?層功能層，則需要分別進(jìn)行三次打印。

為了避免溶液在低溫?fù)]發(fā)損壞噴頭，一般印刷用墨水沸點(diǎn)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(shè)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(gè)OLED器件，其需要重復(fù)進(jìn)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。

設(shè)備需求復(fù)雜

配套設(shè)備需求較多

若采用高沸點(diǎn)溶劑，則在現(xiàn)階段依然需要真空設(shè)備。和常規(guī)Mask技術(shù)不同，印刷用的真空設(shè)備對(duì)真空度要求不高，但是為了穩(wěn)定成膜，對(duì)真空設(shè)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(lái)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：

制作Bank（PDL）結(jié)構(gòu)

在array上均勻制作一層Bank以限定溶液流動(dòng)，制作方式可以為小型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或Slit／ Slot Dye方式制作。

材料為光刻膠，其后通過(guò)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。

印刷為疊層結(jié)構(gòu)

假設(shè)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(guò)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(méi)有聚合物的前提下，每層的制作最少經(jīng)過(guò)打?。D(zhuǎn)移至真空腔－真空腔干燥－轉(zhuǎn)移出等幾個(gè)步驟。

與傳統(tǒng)工藝相比，除去設(shè)備的增加外，印刷的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)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(shè)3個(gè)功能層真空條件且不需要Baking的條件下，則除去打印機(jī)外，額外需要設(shè)備為：

制作Bank：Slit 機(jī)器、Baking設(shè)備、真空Chamber、曝光刻蝕設(shè)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(gè)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(gè)獨(dú)立真空Chamber（可集成熱臺(tái)功能）。

廢液處理和收集設(shè)備：需注意的是大部分有機(jī)良溶劑為有機(jī)溶劑，呈現(xiàn)一定的毒性，無(wú)法直接排放。同時(shí)較高的沸點(diǎn)也使得該類液體回收困難。

易耗品的增加

對(duì)印刷打印來(lái)看，其噴頭是易耗品。即便對(duì)于最便宜的Fujifilm噴頭其價(jià)格也在數(shù)千至數(shù)萬(wàn)美金不等。

即便以研發(fā)平臺(tái)為準(zhǔn)來(lái)看，印刷OLED設(shè)備最少需要5個(gè)噴頭來(lái)對(duì)應(yīng)5個(gè)不同功能層，在產(chǎn)線上為了提高效率，對(duì)于同一功能層的印刷需要多個(gè)噴頭系統(tǒng)進(jìn)行打印，則產(chǎn)線上噴頭使用數(shù)量在10個(gè)以上。無(wú)形中直接提高了生產(chǎn)成本和維護(hù)成本。