OLED喷墨印刷制程技术发展趋势

图1 蒸镀与喷墨印刷制程技术示意图

2017年，JOLED推出了21.6寸的喷墨印刷OLED面板，分辨率为3840x2160（4K，204 PPI），亮度为350cd/m2，整个面板厚度仅为1.3毫米，重量仅为500克。此后，华硕的ProArt PQ22UC显示器开始采用JOLED的印刷OLED面板，吸引了无数关注。

喷墨印刷技术被认为是实现大尺寸、低成本OLED的途径之一，本文对于当前喷墨印刷OLED生产技术的原理、优势、难点、现状进行详细分析。

喷墨印刷制程的原理

目前AMOLED主流的制程是采用真空蒸镀制程。将固态的OLED发光材料在真空设备中加热成气态，并以精密金属遮罩（Fine Metal Mask）形成红蓝绿三种颜色的画素图形。但在大尺寸OLED面板则是红蓝绿三色发光材料堆叠，混光成白光，再加上彩色滤光片发出红蓝绿三种不同色光。

喷墨印刷制程是将有机发光材料由喷头喷出，不用透过精密金属遮罩就可形成红绿蓝三种颜色的画素图形，在支撑上相对于蒸镀更为简单，也不受限于蒸镀设备的大小，因此生产大尺寸OLED面板更为容易。

精密金属遮罩蒸镀与喷墨印刷之间的主要差异是形成有机发光层的设备和材料。

采用FMM形成有机发光层，需要用到真空设备，固态有机发光材料被放置真空装置中，蒸发源通过遮罩以像素图案方式涂布在基板表面。

但喷墨印刷OLED的工作原理不同，喷墨印刷方法主要是使用溶剂将OLED有机材料溶解，然后将材料直接喷印在基板表面形成红绿蓝有机发光层。

喷墨印刷与蒸镀的差异

蒸镀与喷墨印刷两种制程所采用的OLED材料有很多不同。对于蒸镀制程而言，OLED材料基本上是固体形态，对于喷墨印刷制程，材料则是液体形态，有机材料的特点基本上较为不稳定，因此，要开发出可以同时满足大量生产与所需性能的有机发光材料，仍有许多困难待克服。

另外，对于印刷制程，由于这些材料是液体形态，在印刷后还应进行干燥处理，这也会造成材料变化跟良率损失。

喷墨印刷与蒸镀制程最大的差别，是喷墨印刷以喷头直接将红绿蓝三色有机发光材料直接列印在基板上，材料利用率很高；但蒸镀制程则是透过精密金属遮罩，分别将红蓝绿三种有机材料蒸镀到基板上，因此只有少部分的材料被利用，大部分的材料被浪费掉。

另外，蒸镀制程也受限于蒸镀设备，目前可做到4.5代基板整面蒸镀，6代基板对切成二分之一再进行蒸镀，因此限制了大尺寸OLED面板的生产。

喷墨印刷的技术优势

OLED印刷制程相对于采用FMM的蒸镀制程具有以下优势。首先，喷墨印刷制程更加简单；其次，有机发光材料利用率高达95%，远高于蒸镀制程的20%；第三，更容易生产大尺寸OLED面板，尤其是8.5代及8.5代以上尺寸面板；最后是制造成本理论上可以降得更低。

表2 OLED蒸镀制程与喷墨印刷制程的差异

喷墨印刷制程主要针对大尺寸基板，特别是8.5代及8代以上面板生产，然而，喷墨印刷制程也存在一些缺陷。事实上，喷墨印刷式OLED制程的材料尚不足以进行大规模生产。

喷墨印刷制程所面临的挑战

虽然印刷OLED的前景看好，但目前离量产仍有一段距离，还要解决很多技术难题，主要来自于制程稳定性的压力。

在墨水方面，墨水的稳定性是喷墨印刷制程的关键因素，墨水在运输、灌入过程中会引入气泡，如何解决气泡问题仍有待持续努力。气泡的存在不仅仅会产生气栓，影响墨水的流动；也由于气泡会移动和压缩，会在喷墨头内游动，造成单喷头或多喷头的出墨不稳或无法出墨现象。

在喷头方面，在喷墨印刷制程前会对喷头进行校准，再进行喷墨印刷，但在印刷过程中无法对喷头状态进行观测，一旦喷印中一个喷头出现故障，不只会影响一个画素，而是会影响一列，甚至多列画素。

在成膜方面，溶剂挥发后在喷印的位置形成画素，画素挥发成膜过程中，受到溶剂表面张力、溶质结晶特性的影响，极易形成边缘厚、中间薄的形态，俗称为“咖啡环”效应，这也是造成喷墨印刷OLED显示面板无法达到市场要求的主要问题。

虽然喷墨印刷制程可以大幅度提升材料利用率，并且进行大尺寸OLED面板生产，但是喷墨印刷OLED仍面临许多的挑战，包括材料发光效率和使用寿命的改进。之前喷墨印刷材料中蓝色发光的使用寿命和发光效率均低于红绿色的材料，因此曾经开发出使用精密金属遮罩与喷墨印刷制程相混合的技术，也就是红绿色有机材料使用喷墨印刷制程，而蓝色有机材料则使用精密金属遮罩的蒸镀制程。但是因为蓝色有机材料越来越成熟，现在面板厂要求红绿蓝都必须用喷墨印刷制程。

在有机发光材料的供应上，目前有能力发展喷墨印刷OLED材料研究的厂商屈指可数，只有默克公司、杜邦公司、住友化学和日产化学。

Universal Display Corporation的OVJP技术

除了喷墨印刷制程之外，Universal Display公司（UDC）于2017年7月宣布正在加速OVJP（有机气体喷墨印刷技术）研发，UDC正在寻求合作伙伴，将此技术商业化，但是OVJP技术用于生产还需要几年时间。

OVJP代表有机气体喷墨印刷技术，其基本原理是使用类似于喷墨印刷的气流制程，但使用蒸发OLED材料。在OVJP制程中，OLED材料被蒸发成气体状态，将其传送到喷射发动机，以直接印刷图案化的OLED层。根据UDC表示，OVJP适用于大面积OLED显示面板，可用到十代基板上。UDC希望OVJP能够实现低成本、高性能、大面积OLED制造制程。