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喷墨印刷技术QD发光层:三星QD-OLED的新武器

来源:投影时代 更新日期:2021-11-05 作者:那山那水

    11月份,三星8.5代线QD-OLED面板将正式量产。在此基础上,2022年至少包括三星和索尼等品牌将推出采用QD-OLED面板的大尺寸彩电产品。预计三星将在未来至少投入百亿美元在这一新技术产品上。这也将打破LG对大尺寸彩电面板的供给垄断。

    近日,更多的关于三星QD-OLED面板的制造细节被曝光出来。其中,QD转换膜将采用“喷墨印刷”工艺制造。这也将成为印刷显示首次在8.5代线等大尺寸面板线上大规模应用。其制造规模将超过日本JOLED的印刷OLED显示产品。

    对此,行业分析认为,或许一个属于印刷技术的显示时代已经到来。而未来随着更多的“显示材料”成膜过程可以采用印刷工艺,下一代显示面板制造效率必将显著提升。

    三星的新武器,OLED彩色化新路

    目前,OLED显示面板的彩色化主要分为两种:第一是大多数中小尺寸OLED面板,比如6代线采用的三原色RGB OLED发光材料——即通过蒸镀技术,在玻璃基板上形成红绿蓝三种不同基色的OLED材料亚像素结构。这种技术,显然需要更多、更精准的蒸镀技术支持,也需要消耗更多的“辅助材料”。

喷墨印刷技术QD发光层:三星QD-OLED的新武器

    第二种OLED显示彩色化方案是LG大尺寸彩电显示面板采用的技术——白光OLED+彩色滤光膜技术。即在玻璃基板上形成的OLED亚像素结构都是“白色”的,但是通过其上覆盖彩色滤光膜,实现三原色分离,进而构成彩色亚像素。这种技术,对OLED蒸镀过程的复杂度、辅料使用量都有降低,同时彩色滤光膜的制造和贴合等工艺,来自于液晶显示产业链高度成熟的产能。

    而三星QD-OLED面板则“另辟蹊径”。其采用的彩色化方案是“蓝光OLED+QD转化膜”技术。即这种显示面板的亚像素结构都是蓝色的OLED材料,这可以进一步降低OLED层大尺寸蒸镀的成本和复杂度。同时,在OLED层上使用QD材料的转换膜,利用红色和绿色的光致发光QD材料,通过OLED层的蓝色光线激发,形成绿色和红色的亚像素,并配合oeld的蓝色构成“RGB三原色”。

    三星QD-OLED技术,虽然在蓝色OLED蒸镀这一层更为“工艺简洁”,但是显然QD转换膜是新的问题:此前,显示产业只是在液晶电视的背光层,使用过红色和绿色的光致发光QD材料膜,实现蓝色LED背光变成白色背光的转化。这种液晶QD背光技术的QD材料显然与QD-OLED显示的QD材料是相通的;但是,液晶背光源的转换膜却不需要“像素结构”。

    因此,三星QD-OLED的彩色化,比较此前OLED产业链最大的差异就在于,如何制造含有RGB像素结构的QD转换膜。对此,三星采用的技术是“喷墨印刷”QD材料技术。

    打开印刷显示市场化新路径

    目前“喷墨印刷”显示技术是显示行业“大力开发”的崭新工艺技术。从已经量产的产品看,这一技术仅有日本JOLED在中等尺寸屏幕、5.5代线LTPS背板每月2万片基板产品线上使用过。

    日本JOLED的喷墨印刷显示技术是基于直接的RGB三种材料的喷墨印刷形成亚像素结构。其彩色化方案与传统的RGB OLED一致,不需要特殊的彩色滤光层或者转化层(当然,直接的OLED材料印刷也可以用于其它彩色化方案的OLED显示产品)。不过,目前,JOLED的印刷显示产品也有问题:1.目前只是实现了LTPS背板产品,没有实现非晶硅和金属氧化物等大尺寸显示面板背板技术上的应用;2.仅实现了有限产能的5.5代线基板制造,在更大规模制造和更大尺寸基板上还需要经验积累和技术进步。

    即,JOLED的印刷显示技术不能直接拿过来支持“彩电OLED”市场需求的产能增长。大尺寸印刷OLED技术的最新成果是,TCL华星联合JOLED产线成功研发出65英寸8K印刷OLED样品。

    不过,印刷显示不仅仅是着眼于OLED材料的成膜突破。海内外部分企业也实现了电致发光QD材料的单色和三原色印刷喷墨显示小尺寸样品的制备;甚至有企业实现了基于印刷技术的micro LED显示单色产品的制备。

    而,三星将喷墨印刷用于光致发光QD的像素化成膜,正在成为一个“崭新的印刷显示的尝试点”。三星的尝试几乎是将目前显示行业“最具成熟性”的下一代技术整合成一个独特的QD-OLED显示方案。

    比如,QD-OLED方案的OLED材料成膜上采用更为成熟的蒸镀工艺。对比喷墨印刷显示而言,蒸镀OLED技术LG已经有大尺寸面板线上有成功先例,且OLED材料的油墨化要比蒸镀升华操作的“配方”复杂度、难度更高。采用蒸镀OLED工艺显然比大尺寸印刷OLED方案,成熟度更高。

    再例如,QD材料自身不适合于蒸镀,但是极其适合于油墨化印刷。事实上,QD显示产业链一直以来的主要工艺方向就是印刷。三星没有直接采用印刷工艺的电致发光QD面板方案的理由则是,电致发光QD材料没有大规模制造和商业化应用先例——但是,光致发光QD材料则有在液晶高品质背光系统上有大规模制造和应用经验。

    所以蓝色蒸镀OLED+彩色光致发光QD印刷成膜的QD-OLED几乎是将“具有一定成熟度的最先进显示工艺和材料技术”“集大成”。这既可以避免过度超前技术方案的风险,也可以实现面向未来的最优“显示效果突破”。

    印刷显示实用化的大门终于打开

    三星QD-OLED初期产品线的规模是8.5代线每月3万片基板。这一规模无疑对于彩电产业而言是“萤火之光”,但是对于印刷显示技术的应用而言,其规模远超此前的JOLED:三星正在创造印刷显示真正大规模应用的“全球首个案例”。这充分代表了三星显示技术和工艺上的创新性。

    据三星表示,QD-OLED提供明亮纯净的色彩,BT.2020 色彩空间超过 80%;并提供0.0005尼特黑色和1000尼特峰值白色。其中,0.0005尼特黑色是指现有测量技术的“极限”,而非是说这是QD-OLED的最黑颜色。同时1000尼特峰值白色则可以创造现有任何OLED显示技术的亮度新高,这对于HDR效果的提升将有巨大帮助。

    而三星QD-OLED整体效果的提升,很大程度上得益于QD薄膜在彩色化上的优势。某种角度看QD-OLED显示方案,最大的突破就是印刷技术的QD薄膜方案。

    同时,行业分析认为,在QD薄膜上喷墨印刷技术的发展会成为整个印刷显示产业链的“龙头”。通过这一应用的实践经验积累,不排除未来印刷显示在更多的领域,如直接OLED印刷显示、电致发光QD直接印刷显示、甚至是micro LED印刷显示上“不断攀上新高峰”。

    无论是第二家大尺寸OLED供应商,还是印刷显示技术的大规模应用,三星QD-OLED都将成为创造历史的新尝试。”行业人士认为,现在是所有彩电面板企业都应该考虑液晶之后的“下一代”问题的时候了。

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