淺談OLED新技術-eLEAP技術

發布時間:2023-04-27

2023年4月7日HKC與JDI簽署了一份諒解備忘錄(MOU),二者將建立戰略聯盟,在下一代OLED技術、產線、全球創新和產業化中心以及高端車載顯示器業務方面展開合作。對此,行業分析,JDI的目標主要是實現“自救”,而對于HKC其看重的則是“下一代OLED技術”——即JDI獨家開發的蒸鍍+光刻OLED工藝(eLEAP OLED技術)。


eLEAP是什么呢? 

2022年5月13日,JDI宣布開發出被稱為“eLEAP”的OLED技術,宣稱是世界上首次采用“maskless depositon”和“lithography”并可供量產的OLED技術。

如下所示,eLEAP是一個英文首字母縮寫詞。其中,e表示對環境更友好,L即為前面說到的“Lithography with maskless depositon”,E為超長的壽命,低功耗和高亮度,A為可以做成任何形狀的圖形。eLEAP主要說明的該技術的優勢或特點。


與傳統FMM的OLED技術相比,eLEAP技術有何優勢?

目前,在大尺寸OLED制備上,主要有真空蒸鍍、WOLED(白光+彩色濾光片)、印刷OLED、QD-OLED(真空蒸鍍+印刷)等技術路線。

其中,真空蒸鍍OLED電視顯然更“高端大氣上檔次”,這種RGB三色排列的典型OLED屏幕,三原色都非常純粹,但技術難度大,成本非常高昂。

WOLED主要為LGDisplay生產OLED電視的技術方案,其采用“白光+三種彩色濾光片”的方式。即以白色為背光,再加彩色濾光片的方式進行生產大尺寸OLED。這種方案是一種較低成本的技術方案,但加上濾光片之后,透光率、光色純度都成問題,所以在理論上亮度、對比度、色彩、節能表現都不及RGB OLED。

QD-OLED一度成為三星對抗LG Display“白光彩色濾光片”的技術方案,從理論上比現有的白色OLED (WOED)或甚至RGB OLEDD電視相比,可能成本更低,更易于制造,但實際上制造QD-OLED所需的許多制造技術尚不成熟。

噴墨印刷OLED方法主要是使用溶劑將OLED有機材料融化,然后將材料直接噴印在基板表面形成R(紅)、G(綠)、B(藍)有機發光層。目前這種方法也被業界證明,大尺寸OLED空穴傳輸層、發光層以及陰極材料都可使用噴墨打印技術制備,材料浪費更少,且成本更低。但在全印刷工藝OLED顯示屏的制備中,關鍵難題是可印刷陰極墨水的開發和大面積成膜技術的實現,同時像素較低、壽命期較短。


在談eLEAP技術優勢之前,要先從OLED蒸鍍工藝、FMM技術及工藝說起。

在OLED面板的制造工藝上,真空蒸鍍至關重要。真空蒸鍍就是在真空中通過電流加熱、電子束轟擊加熱和激光加熱等方法,使被蒸材料蒸發成原子或分子,它們隨即以較大的自由程作直線運動,碰撞基片表面而凝結,形成薄膜。

真空蒸鍍必須用到FMM(FineMetalMask,精細金屬掩膜版)。而FMM這個材料的制造有很大的技術挑戰。目前中小尺寸OLED面板真空蒸鍍相對比較成熟,但大尺寸OLED面板需要利用大尺寸FMM,就會導致在蒸鍍過程中產生變形與材料過度使用等弊病。與此同時,FMM是OLED生產所產生的消耗性核心零部件,比紙還薄,需要定期更換,且生產成本較大。而要想有效解決FMM在大尺寸OLED面板因加工中產生的熱,造成金屬面罩彎曲及孔位對位不正等問題,就需要采用Invar材料來制作FMM。越高性能的OLED對FMM的薄度要求更高,所需要的Invar合金精密度也越高。在全球范圍內,應用于OLED領域的Invar合金僅有日本日立金屬(HitachiMetals)一家企業生產,其30微米以下的Invar合金不對外銷售。因此,從技術難度以及壟斷性而言,FMM幾乎可以比肩真空鍍膜設備。

與傳統產品相比,在eLEAP技術支持下的顯示面板具有特殊的發光結構,發光區域和峰值輝度擴大了兩倍、壽命延長了三倍。根據JDInfiniTech事業部新業務推進部部長前田智宏接受日媒電子Device產業新聞采訪的信息,eLEAP技木最大的亮點是輝度極高。如果采用與以往相同的電流密度,峰值輝度將達到以往的兩倍,亮度極高。相反,同樣輝度條件下,由于可以降低電流,因此對像素施加的負荷會變低,從而使壽命達到以往的三倍。這是因為把開口率從原來的28%提高到了60%。

據悉,為了防止子像素之間出現混色現象,需要保留較大的間隙,因此采用FMM技術會出現RGB各個像素中實際發光的部分(開口率)較小的問題。

從理論上來講,相同顏色之間是存在互相干擾的風險的,這是引起諸多場景下“畫面串音”的主要原因。由于“eLEAP”具有特殊的結構,理論上來講,既不會發生混色問題,又可以大幅度提高開口率。

關于“eLEAP”的具體構造,前田智宏僅簡單介紹,在整個工藝制程中,首先在整個玻璃基板面上形成第一種發光素子,然后用光刻法刻畫線路,僅留下發光素子部分、除去不需要的部分。接著,把第二種顏色形成在第一種顏色上面,覆蓋整個基板面,再用光刻法刻畫線路,除去不需要的部分。通過重復以上作業,即可形成RGB分別獨立的發光素子。

由于采用的是光刻技術,因此理論上可以使用各種大尺寸玻璃基板來生產。同時,由于可以無限縮小像素間的尺寸,因此eLEAP技術可輕松實現高精細化(據說可以實現2000ppi),而現有OLED技術則很難實現。

另一方面,由于新技術不需要“FMM”,不僅大幅度提高了生產效率,還可以以良好的條件形成像素,因此有助于提高產品壽命。由于省去了掩膜版(Mask)清洗等工藝制程,也有望降低環境負荷。

eLEAP技術以無掩膜蒸鍍光刻相結合方式形成像素的OLED量產技術,克服了FMM工藝的弱點,將打破大尺寸OLED制造因量產難、成本高等因素而遲遲打不開的局面。不過,JDI首創的eLEAP技術能否盡快實現商業化,還要看該技術是否具備量產可能性。



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參考內容:

[1]夸克顯示."JDI的eLEAP技術到底有多硬核?連三星也覬覦這一技術"微信公眾號 2023-04-11.

[2]顯示工程師."解讀一下JDI的eLEAP技術"微信公眾號 2022-05-18.



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