IJP發光元件技術發展介紹

 

刊登日期:2021/4/5
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古俊能/工研院材化所
 
噴墨印刷技術具有可大面積化製程、材料使用率高、滿足少量多樣的客製化產品彈性等優點,同一套噴墨印刷設備可用於製造不同尺寸的面板,且可在大氣環境下生產,材料及設備等生產成本較低,是IJP OLED的優勢。噴墨印刷製程應用於OLED、QLED與量子點色轉換層等顯示技術,近年來成為眾多廠商追逐的焦點,目前包括日本JOLED、南韓三星顯示器、樂金顯示器、中國大陸的京東方、TCL華星光電、天馬以及台灣的友達等面板廠,都在積極開發噴墨印刷發光元件技術。
 
【內文精選】
前 言
發光元件的製程技術,包括LED的半導體製程、OLED和QLED的蒸鍍及溶液製程,因應生產成本和應用產品轉變的需求,發光元件的製程技術不斷演進,以突破市場的競爭,尋求產業發展的新契機。噴墨印刷(Ink-jet Printing; IJP)製程可大面積化、可免去金屬遮罩或光罩、高材料使用率及彈性轉換產品的特性,非常適合客製化與利基型顯示面板產品的生產,使噴墨印刷製程技術的能見度大開。
 
從日本JOLED公司於2017年宣稱成功以噴墨印刷製程量產OLED面板開始,IJP製程技術應用在發光元件的可行性獲得了驗證。隨著更多的廠商及研發單位的投入,噴墨印刷製程在近年來逐漸吸引眾人的注意,但是還存在許多技術挑戰,必須突破設備、製程與材料等技術課題,方有機會取代目前發光元件的主流製程技術。本文將介紹適合噴墨印刷製程的OLED及QLED發光元件的發展近況。
 
IJP OLED技術
OLED面板已成功應用於智慧型手機,並持續在高階市場中與TFT-LCD面板進行技術競爭。但是OLED面板因為蒸鍍製程技術的限制,生產成本昂貴,影響OLED在大尺寸面板應用的攻勢,限制了打進更多應用市場的滲透速度;而噴墨印刷技術具有可大面積化製程、材料使用率高等優點,如表一所示,可能改變當前的局面,擴大OLED面板的應用範圍。隨著IJP OLED的材料與設備發展逐漸成熟,不少面板廠已經著手進行噴墨印刷顯示器的研究及評估,並建立試驗和量產線。IHS Markit預估,IJP OLED面板全球產能將從2020年的10.5萬片成長至2024年的130萬片,若按面積計算,預估產能將從2020年的20.9萬平方米成長到2024年的730萬平方米。
 
表一、OLED元件噴墨印刷製程與蒸鍍製程比較
表一、OLED元件噴墨印刷製程與蒸鍍製程比較
 
噴墨印刷製程材料利用率可達90%,同一套噴墨印刷設備可用於製造不同尺寸的面板,且可在大氣環境下生產,材料及設備等生產成本較低,是IJP OLED的優勢。但是,目前噴墨印刷製程所使用的材料特性,仍無法與蒸鍍製程產品達到相同的效能,需要IJP OLED材料持續不斷的研發,以提升IJP OLED的特性,加速IJP OLED市場的推動。表二是IJP OLED材料主要供應商開發狀態的整理。
 
IJP QLED技術
近年來QLED元件的發展雖然有明顯的進步,但噴墨印刷製程的QLED材料與元件在效率、壽命及可靠度等性能上,仍需要有突破性的進展,才能達到商品化應用的要求。國外廠商如三星與TCL集團,透過併購與招募研發團隊來布局IJP QLED的相關材料,以加快QLED產業應用的技術開發。2020年工研院材料與化工研究所在經濟部技術處支持下,開始致力於IJP QLED元件相關墨水材料與製程技術的開發,包括墨水分散技術、墨水黏度與表面張力最佳化技術、墨水均勻成膜技術等。在製程部分,逐步建立IJP QLED標準元件及IJP墨水材料驗證技術,利用傳統(Conventional)及倒置式(Inverted) QLED元件結構,如圖一所示…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
圖一、(a)傳統;(b)倒置式QLED元件結構
圖一、(a)傳統;(b)倒置式QLED元件結構
 
★本文節錄自《工業材料雜誌》412期,更多資料請見下方附檔。

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