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。
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。
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。
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。
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。
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。
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!
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。
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。
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。
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。
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。