中国式创新:TCL华星印刷OLED技术,破解卡脖子难题

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划重点

01TCL华星推出印刷OLED技术,破解卡脖子难题,提高像素密度和降低售价。

02传统OLED蒸镀工艺中的精密金属掩膜版限制了分辨率的提高和面板价格的降低。

03与蒸镀工艺相比,印刷OLED技术有机材料利用率高,制造成本更低。

04除此之外,印刷OLED技术在像素排列和发光效率方面具有优势。

05目前,TCL华星已宣布印刷OLED正式量产并发布全新技术品牌APEX。

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如今高端显示器产品可分为两类,一是采用Mini LED技术的LCD显示器,二是采用WOLED、QD-OLED技术的OLED显示器,后者由于具备更鲜艳的色彩,更快的响应速度相对更受玩家喜爱,但也有其一时难以克服的缺点,例如像素密度低、售价高昂等,这便催生了以TCL华星为代表的印刷OLED技术。

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传统中大尺寸OLED技术问题多,难以普及

想要搞清楚什么是印刷OLED技术,首先还得从OLED技术本身聊起。 

与传统的LCD技术不同,OLED不需要背光层和液晶层,每一颗像素均能独立发光,可以独立关闭而不影响其他像素的正常显示,从而使得对比度可以“无限大”,较之LCD色彩更加鲜艳通透。中大尺寸OLED显示器面板所采用的技术无外乎WOLED、QD-OLED,但二者均有着上述的低像素密度和高昂售价的问题,一时难以飞入寻常百姓家。

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WOLED,是LG Display所主导的一种OLED技术,主要应用于电视机、显示器领域。其基本原理是将一个像素单元的发光材料产生出的白光,通过红绿蓝三色滤光片过滤出三原色,并保留一定的白光不进行过滤,用以在高亮度场景下增加白色像素的亮度以提高画面亮度,因此WOLED面板并非由三个子像素所组成,而是由四个,即红绿蓝白所组成。这种技术在一定程度上有利于缓解OLED亮度普遍较低的情况,但在高亮度场景下却会造成画面泛白,鲜艳色彩被白光“冲淡”。不过由于其相对规则的像素排列,在文字显示清晰度方面较之QD-OLED仍有优势。

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QD-OLED,是三星电子所主导的一种OLED技术,其原理和WOLED有些许相似,但在细节上却大有不同,QD-OLED单位像素的光源并非是白色而是蓝色,同时覆着于光源之上的“滤光片”实为能激发出红色和绿色的量子点涂层,在量子点技术的加持之下,QD-OLED既避免了滤光片所导致的亮度折损 ,又因为量子点特性而拥有了更纯净的三原色,从而在整体上色彩更鲜艳、亮度更高。

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但QD-OLED也并非尽善尽美,由于制造工艺限制,QD-OLED的像素排列呈现出“品”字形,在显示边缘锐利的文字和图形时,会出现“彩边”的现象,从而影响使用体验。这也是大多数游戏玩家对QD-OLED显示器津津乐道,而文字工作者却无动于衷的原因之一。

蒸镀工艺限制面板发展,精密金属掩膜版是关键原因?

除了上述的色彩、亮度、清晰度的问题,像素密度也一直困扰着OLED在显示器领域的发展,归根结底是传统的OLED蒸镀工艺所导致。 

OLED蒸镀工艺又称FMM OLED,是目前采用最为广泛的一种OLED制造技术。OLED蒸镀工艺是指,在高温真空环境下,通过蒸镀机将有机材料进行加热蒸发,使有机材料透过FMM(Fine Metal Mask)精密金属掩膜版沉积到上方的基板中,经过多次蒸镀最终形成一颗颗像素。

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该工艺对于FMM精密金属掩膜版的精度要求极高,像素密度越高,那么金属掩膜版的开孔精度也就越高,面板尺寸越大,金属掩膜版的尺寸也就越大,但是加工精度、材料强度终究是有极限的,当尺寸大到一定程度时地心引力的作用便凸显出来,使得金属掩膜版发生形变。

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同时,蒸镀工艺的材料利用率也十分低下,仅有30%,大部分有机材料在蒸镀过程中并不能附着到基板上,在清洗金属掩膜版的过程中被白白浪费掉,成本陡增且并不环保。

TCL华星选择弯道超车,突破工艺发展和自主化瓶颈

从一定意义上讲,正是传统的OLED蒸镀工艺中的金属掩膜版限制了OLED显示器分辨率的提高及显示器价格的降低。

那么能不能丢掉精密金属掩膜版,直接在基板上加工像素呢?

以华星光电为代表的印刷OLED技术给出了答案——将有机材料直接喷涂到基板上! 

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所谓印刷OLED(IJP OLED),是指将有机材料先配置成溶液,然后通过极高精度的喷墨印刷设备直接喷涂于基板上,基板则是预先进行制备,上面充满了密密麻麻的像素孔,以确保每一滴有机材料可以精准“着陆”,从而使得有机材料的利用率高达90%,较之蒸镀工艺提高了200%。同时,由于印刷OLED不需要十分苛刻的高温真空环境,使得综合制造成本更低。

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在清晰度问题上,由于不再有金属掩膜版的限制,使得像素密度可以提高到300ppi以上。正如TCL华星首席技术官闫晓林所说:“IJP技术是OLED技术里面唯一一个技术,可以从TV一直覆盖到手机。”

此外,印刷OLED在像素排列以及发光效率方面也有很大优势,和常规LCD面板相同,印刷OLED也是采用了标准RGB排列,使其清晰度方面不输LCD,远超QD-OLED。在发光效率方面,与QD-OLED和WOLED相比,在相同的亮度下能耗可以做到更低。

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值得一提的是,TCL华星并非是印刷OLED的唯一的开创者,早在华星之前,日本面板厂商JOLED就一直深耕该领域,华星一度对其进行注资合作。JOLED在2021年年末量产的27寸4K OLED面板一度让LG放弃自家WOLED技术转投印刷OLED的怀抱,代表产品便是27EP950。作为OLED巨头的三星也未止步于蒸镀工艺,准备在第三代QD-OLED产品上采用超精密微喷墨工艺,使量子点墨水更加准确的沉积到基板上,以提高像素密度。可见,印刷喷墨工艺将是OLED工艺下一个发展方向。

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印刷OLED技术本身的发展可谓困难重重但又充满机遇,原本一直在印刷OLED赛道领跑的JOLED由于自身财政问题于2023年3月27日宣布破产清算,一时彷佛宣告了印刷OLED路线的死亡。但TCL华星不但没有感到绝望反而一举抓住了这一机遇,买下了JOLED的产线设备,并将其整体搬迁至武汉,依托引进的JOLED产线和自身十余年的印刷OLED研究经验,重建全球唯一一条印刷OLED 5.5代量产线。2024年11月16日,TCL华星宣布印刷OLED正式量产并发布全新技术品牌——APEX。同时,维信诺也宣布其在合肥的8.6代OLED产线也将首次搭载无FMM技术,但与TCL华星不同,其采用的是光刻OLED而非印刷OLED。

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驱使国内厂商发力无FMM技术的原因,不仅仅在于提升产品质量的需求,同时还有日韩企业对于传统OLED制造产业链的控制。在传统的OLED蒸镀技术中,无论是蒸镀机还是掩膜版的金属材料,都由日韩企业所垄断。例如日本佳能的TOKKI,一年仅仅生产十几台真空蒸镀机,但却操纵着全球的蒸镀机市场。再如掩膜版的金属材料Invar合金的生产为日本日立金属所垄断。TCL华星选择更换赛道进行弯道超车,无疑有助于从源头上解决“卡脖子”难题。

总而言之,中国人的声音在OLED领域将越来越大,至于到底是蒸镀OLED还是印刷OLED,抑或是光刻OLED赢得未来,让我们拭目以待。