TCL 吴龙佳：喷墨印刷量子点电致发光技术进展丨2023 DTIC
2023年12月25-26日，由宁波市经济和信息化局、宁波电子行业协会指导，势银（TrendBank）主办，纳晶科技股份有限公司、广州奥翼电子科技股份有限公司、广东省电子纸产业促进会、西安思摩威新材料有限公司协办，势银膜链承办的“2023势银显示与触控供应链产业年会”会议在浙江宁波泛太平洋大酒店召开。
在本次大会上，TCL科技集团股份有限公司 显示技术专家 吴龙佳发表了题为《喷墨印刷量子点电致发光技术进展》的演讲。吴龙佳表示：TCL在QLED量产化上有两大策略。一是“印刷OLED先行，印刷QLED跟上”，印刷QLED是对印刷OLED的升级，目前TCL的印刷OLED已经达到可量产的水平，印刷QLED还处于研发阶段。二是低镉材料发展方向，目前无镉材料应用于电致发光路线时，还存在半峰宽/蓝色选择什么体系/蓝色寿命等问题，有镉材料更接近于量产的可行性手段。因此TCL选择了镉含量很低的低镉量子点材料研发方向。吴龙佳从近年来TCL在喷墨印刷量子点电致发光技术领域的进展以及面向未来量产的需求角度出发，讲解了喷墨印刷量子点电致发光技术发展所面临的挑战和亟待解决的问题。吴龙佳首先介绍了这几年TCL在量子点方面的重点工作、研究方向和QLED的量产策略，以及当前QLED技术更进一步发展时会面临的几个核心问题。吴龙佳简单介绍了一下QLED显示的进展，QLED作为显示材料已经历经了十余年发展，最初它是作为一个背光源，经过之后的衍变，将量子点以膜片形态应用在液晶显示器的背光部分，可以达到提升屏幕画面的色彩饱和度、立体感和清晰度，大幅改善图像画质的作用。量子点的发光原理较为简单，即利用量子点的发光特性，通过绿色、红色量子点将蓝色LED光转化为高饱和度的绿光和红光，并同其余未被转换的蓝光混合得到白光等各种颜色，在屏幕上显示宽广色域的颜色。吴龙佳表示：目前商业化的量子点显示产品主要是基于光致发光原理。但我们认为如果量子点技术要最大化的使用，还是需要依靠电致发光即量子点发光二极管显示技术（QLED），电致发光在效率、成本等各方面的优势都较为明显，因此TCL当前的研究重点也放在了量子点的电致发光方面。在QLED电致发光技术的研究方面，吴龙佳透露了TCL的四大重点研发方向：1、材料上，需要根据电致需求来定制量子点材料，之前大多数的量子点研究可能都是从光致角度出发，而这两种技术的需求不同，因此需要定制相应的量子点材料，并在匹配量子点材料的基础上，进行传输层材料的开发。2、器件开发上，器件开发包含两方面内容，一方面是需要做适配的器件结构，并能达到量产的程度。因此，量产可行性、封装制程等工艺都是需要在器件结构开发中同步进行的。3、此外，TCL目前选择了喷墨打印的技术路线来进行量产化制程。因此，在喷墨打印技术的开发、墨水的开发、包括制程工艺的开发是第三个重点研发方向。4、结合上述三个研发方向，如果产品已经达到了比较理想的高水平状态，最后要进入的则是量产制程工艺环节，这其中需要综合考虑设备、供应链、背板技术等等方面，研发难度会相应升高。接下来，吴龙佳讲解了TCL在近几年做的三方面重点内容，他解释，这三方面工作主要是针对QLED技术量产化难点所提出的解决方案——蓝光对于量子点行业来说一直是个较为头疼的问题，尤其是蓝光寿命始终是行业痛点之一，所以TCL在蓝光寿命的突破上也花费了较多的精力，包含了材料和器件的开发，在结构上进行了不断的优化，进一步提升了蓝光寿命和效率。实际上在近几年业界或学术界的文章报道中，更多的集中在底发射器件的探讨上。但为了更高的效率和亮度并适配量产的可行性，应该系统性地将QLED制备方法从底发射调整为顶发射。在器件结构方面，当器件结构发生变化时，从底发射调整为顶发射的时候，各个功能层的搭配甚至各电极间的搭配也会发生相应的调整。因此，各器件结构的合理搭配是TCL近几年做的核心工作之一。刚才提到了需要用打印技术来实现下一个量产化的制程，目前一般的原型器件都是使用旋涂的方式制备，所以从打印的角度来说，需要去缩小打印和旋涂的概念。这也是TCL当前重点研发的方向之一。印刷打印是迈向最终量产的关键，而它实际上有多方面因素在互相关联、互相嵌套。第一个因素即墨水的制备，当前各个功能层包括发光层都采用了喷墨打印的方式，这对于墨水本身的质量提出了很高的要求，需要其在拥有较好分散性和稳定性的基础上，保证和喷墨打印工艺有一个很好的适配性，在达到良好适配以后，得到一个高质量的打印薄膜，并分析薄膜的微结构从而倒推调控墨水的相关特性，最终实现提升印刷打印器件性能的目标。吴龙佳表示：以上三方面是我们TCL在近几年重点进行突破的内容，在结果上，目前红绿材料的性能基本接近了可量产的水平，蓝色材料的性能也有了非常大的突破。TCL将进行进一步的研发，以求攻各个难点。除此之外，吴龙佳透露TCL一直在进行样机的开发工作，包括在学术研究方面，也会将集团最新的观点发表在相关的顶级期刊和杂志上，希望能和学术界的各位老师们开展更深入的探讨。接下来，吴龙佳详细介绍了TCL目前的量子点量产化上有两大发展策略，第一个是“印刷OLED先行，印刷QLED跟上”的发展路线。“事实上，我们认为印刷OLED和印刷QLED并不是一个竞争关系，它们是一个互相辅佐和依托的关系。印刷QLED工艺是对印刷OLED工艺的继承和升级。在2024年，TCL华星也将在武汉建设全球首条采用印刷OLED技术生产显示屏的生产线，并会点亮相关的产品，这也侧面证明了印刷OLED技术已经达到了一个较高的水平。”吴龙佳表示。对于印刷QLED而言，目前TCL还处于前端研发阶段，未达到量产水平，因此公司寄希望于先走印刷OLED路线，将设备、背板驱动技术、量产工艺、供应链全部打通，并吸收这部分的经验应用于印刷QLED路线。第二个发展策略是低镉材料的发展方向，由于含镉量子点材料与环境保护问题相悖，因此厂商们都转向无镉量子点材料的研发方向上，而无镉量子点材料应用于光致发光路线中是完全没有问题的。而应用于电致发光路线时，无镉量子点材料会存在半峰宽/蓝色选择什么体系/蓝色寿命等问题，同时在器件性能上与含镉量子点材料相比，稍显逊色，这对于量产化也提出了不小的挑战。吴龙佳举例道：首先对于无镉量子点材料来说，它的半峰宽还需要进一步收窄。其次在蓝色体系的选择上，还需要进一步探索合适的体系。另外还有蓝色的寿命问题，目前无镉量子点材料的红色寿命已经得到了显著的提高，蓝色及绿色寿命还需要进一步加强。在这种情况下，TCL从企业的角度来考虑是希望能尽早推动QLED技术量产，器件性能将成为其看重的因素之一。因此TCL认为有镉量子点材料相较于无隔量子点材料，是更接近于量产的可行手段。但由于国内外、欧盟或是各大销售厂商都对镉含量提出了严格的限制措施，TCL选择了镉含量很低的低镉路线确保能符合欧盟或美国等国家的相关标准，以求能正常进入欧美市场。在报告的最后，吴龙佳总结了QLED技术量产化需要面对的两大核心挑战。其一是机理方面，由于QLED还处于研发阶段，技术并未达到足够成熟的水平，其中还有例如蓝色寿命等很多机理问题亟待解决。在这种情况下，如果只是进行简单的材料开发和器件结构搭配，无法满足量产化需求。TCL在这一方面正通过和友商、和院校合作的方式逐步突破蓝色器件的机理难点，以求能实现蓝色寿命的本质解决。其二是正向老化现象。当各大厂商在利用正向老化现象的优点时，也正遭受着其发光均匀性不佳等性能特征所导致的量产困扰。TCL目前已通过使用非丙烯酸树脂胶的方式处理发光均匀性不佳的问题，得到了老化增益现象，有了相应的突破。但要真正推动量产的话，还必须破解正向老化现象，寻找到一个可替代方案。最后，吴龙佳表示：“近几年，不管是TCL还是各位友商，都在QLED技术的研发量产方面做了非常多的工作，QLED技术正一步步朝着产业化进程推进，我们相信QLED技术在不久的未来终将实现产业化，在最后也谢谢大家的聆听。”