有机EL显示器的画质可以媲美传统CRT，被视为最具竞争优势的次世代显示器之一。 2004年日本业者首度利用喷墨（ink jet）方式，开发大型有机EL显示器制作技术，同年发表40吋大型有机EL显示器。

有机EL可以分成两种：

喷墨方式的有机EL显示器制作技术采用后者，亦即高分子系有机EL，具体方法首先将高分子系有机EL溶解于溶媒内进行油墨化处理，接着利用喷墨字头吐出油墨形成预期的画素图案（pixel pattern），再制成全彩有机EL显示器。

以往使用低分子系有机EL制作全彩显示器时，必需利用蒸镀技术与金属罩（metal mask）制作画素图案，因此低分子系有机EL被认为不适合制作大型高精细化显示器，不过喷墨方式却不受此限制，同样可以制成全彩有机EL显示器。

发展定位

94年正式商品化的喷墨印表机（bubble jet print），可以高速列印解析度为720dpi（dot per inch）的高品质彩色文件，最近几年由于喷墨字头超精密加工技术与纸张传送精度的提升，目前已经可以利用超微小液滴扫描技术（Very Small Dot Technology；VSDT），文件列印解析度提升7倍，达到5760dpi以上的水准。

为驱动有机EL元件（device），使用低温p-Si TFT主动矩阵驱动方式的玻璃基板，配合上述核心技术与喷墨字头可以制作有机EL显示器。

有机EL显示器属于主动发光元件，几乎无视角依存性，若与传统液晶显示器比较，有机EL显示器拥有μs高速反应特性，而且不需要背光照明模组，可以获得高对比、超薄型与画质媲美传统CRT等革命性之特点。

除此之外喷墨技术还可以应用在其它领域，例如DOD（Drop On Demand）技术可以使形状均匀的油墨滴精确吐出，在预定的画素位置描绘预期的油墨量，制成LCD用彩色滤光片。

由于喷墨技术的油墨选择性自由度很高，因此非常适合其它产业应用。喷墨（bubble ink jet）技术具备下列特征：

传统蒸镀法与旋转覆膜法（spin coat）的材料，有效使用率只有数％左右，相较之下喷墨技术的材料有效使用率高达70～80％，而且不需使用高单价真空设备，因此可以缩减能源使用量与设备投资费用。

利用喷墨技术使高分子材料长膜的重点，大致上可以分成以下三大核心技术，分别是：

喷墨字头的核心技术

喷墨字头技术

制作有机EL显示器使用压电驱动（piezo drive）MACH（Multi Layer Actuator Head）喷墨字头，该喷墨字头的吐出最高频率超过30kHz，亦即每秒可以吐出3万个以上的液滴进行描绘。

(图一)是喷墨字头内部结构，由图可知喷墨字头重要构成要素分别是：

《》

压电元件是由数种类氧化金属积层构成的陶瓷材料制成，压电元件具有施加电压变形的特性，利用此变形特性吐出油墨滴。

具体动作首先对设置在各油墨槽内的压电元件施加电压使压电元件收缩，油墨利用停止施加电压时压电元件回复力量吐出。

喷墨字头内的油墨槽（ink chamber）利用矽材料作异方性蚀刻，制成(图二)所示之微细结构。

如(图三)所示若改变呈梳状依序排列在各油墨槽的压电元件收缩、解除时的大小与速度，就能够精确控制油墨滴的大小与速度。

喷墨字头的吐出控制技术

制作低于2pL超微小液滴是高精细扫描不可或缺的项目之一，虽然相同吐出频率前提下，使用大液滴可以提高某点的油墨量减少画素内的射出数量，不过相对的显示器的解析度有降低之虞，严重时甚至无法达成高精细画质的预期目标，因此必需开发可以控制液滴大小的技术，具体方法是精密控制油墨槽内的容积变化，改变施加于压电元件的波形，借此改变液滴的大小。

《图二 ink chamber内部结构》

《图三 压电组件构造》

如(图四)是油墨吐出波形实例，纵轴是施加于压电元件的电压强度，横轴是经过时间，由图中可知超微小液滴的施加压电降低，引入油墨槽内的油墨量相对减少，压电元件解除压缩途中停止解除动作，同样可以减少油墨吐出量，希望吐出大液滴时，可以在极短间隔进行2次吐出动作，如此便可以达成几乎相同位置着墨目的。由此可知实际上利用以上波形巧妙的组合，就可以在画素中描绘预期的油墨量，非常适合应用在要求高精细画质的小尺寸面板制作。

为有效控制波形，喷墨字头内各喷嘴（nozzle）的油墨吐出量必需非常均匀，尤其油墨量不均匀是造成显示器影像不均匀的原因之一，它的邻接画素之间的不均匀，如果大于1％人眼可以轻易辨识，依此反推对应画素的喷嘴数量越少，必需进行更精确的油墨量控制，画质越精细画素内的油墨量调整就越困难。

《图四 Ink吐出波形》

(图五)是喷墨字头内各喷嘴的油墨吐出速度（Ink speed）分布特性，由于不易量测各喷嘴的油墨重量，所以此处将油墨速度当作代表特性。

进行波形调整时邻接压电元件之间会产生所谓的「电气性cross talk」，此时中心与端缘的喷嘴会出现大约±5％左右的差异，使用上述波形调整技术可以使差异抑制在± 2％范围内。

《图五 各喷嘴的Ink speed》

有机EL材料油墨化技术

有机EL元件分别从阳极与阴极注入电洞、电子，两者的电荷再结合形成激发状态，当电荷折返基底状态时部份能量变成光线。

高分子型有机EL大多使用2种可以达成上述功能的材料,分别是:

PEDOT属于水分散系材料，高分子材料可以溶解于低极性有机溶剂，达成喷墨字头要求的油墨化目的，PEDOT/PSS形成薄膜后经过烧成作不溶化处理，使PEDOT/PSS薄膜不会与上方的发光层混合。

上述材料油墨化后就能够从喷墨字头稳定吐出油墨，接着进行吐出后油墨均匀干燥作业，同时精密控制画素内的长膜制程。

为满足上述需求油墨的设计非常重要，油墨设计上必需掌握以下重点，分别是：

其中第3与第4项属于喷墨技术特有项目。喷墨技术利用微弱的压电力吐出油墨，它的力量有一定极限，如果油墨的粘度太高或是有黏弹性的话，喷墨就无法从喷墨槽吐出。

虽然提高压电元件力量可以克服上述问题，不过相对地，每滴的油墨量会增加，对制作高精细显示器而言，高精度控制微小油墨量是非常重要的项目，油墨量增加反而无法达成画素内油墨量均匀化的要求，因此实际上不允许任意提高油墨的黏度。

此外油墨的的低挥发性也是非常重要的项目，由于吐出油墨的喷嘴大小只有ψ30μm左右，喷嘴表面的油墨非常容易干燥，油墨中的溶媒一旦挥发，油墨中固形成份的浓度立刻急遽上升，喷嘴附近的粘度则随着提高，其结果造成油墨无法从喷嘴吐出。

油墨在画素内描绘后均匀干燥形成均一薄膜，从描绘开始一直到作业结束期间画素内油墨量必需维持一定，因此要求低挥发的油墨。

大型面板制作技术

平面显示器大多使用矩阵驱动方式,使X-Y交线的画素点灯,矩阵驱动分成主动与被动两种方式。

有机EL显示器采用主动矩阵驱动方式（Active Matrix；AM），它是各矩阵画素内建切换元件（switch device），提高点灯画素的选择性使画素影像在一定时间内维持驱动，即使画素很多的显示器也能够实现无cross talk高画质显示。

大型有机EL面板除了上述主动矩阵驱动方式之外，还使用高TFT移动度低温多晶矽S-TFT（Low Temperature Poly Silicon；LTPS）玻璃基板。 TFT驱动方式的优点如下：

大型有机EL显示器使用LTPS玻璃基板制作全彩面板时，各画素要求R、G、B油墨图案化，利用喷墨方式在各画素使油墨形成图案的场合，从字头吐出的油墨受到字头固有分布均匀性与油墨特性的影响，会产生油墨飞行弯曲现象，例如玻璃基板与字头之间的间隔（gape）为0.3mm时，油墨的弹着精度大约是±10μm左右，此时必需应用基板的薄膜成形技术与基板表面处理技术，补偿油墨的弹着精度误差。此外油墨图案化时各画素内的Polyimide等感光性有机材料滴块构成的隔墙（bank）厚度大约数μm，如图所示Polyimide利用曝光、显影等制程使画素开口。

《图六 base bank结构》

为了使着弹油墨高精度图案化，bank上方亦即亲水表面必需进行拨水表面处理，亲水状态利用氧电浆处理，拨水状态则利用CF4电浆处理，使表面状态成为可控制化。

具体方法首先进行氧电浆处理，如此一来接触角对画素内的ITO与PI bank的PEDOT/PSS油墨成为20°，接着进行CF4电浆处理，在PI表面形成CF2与CFH，此时对油墨的接触角迅速提升至100°，由于进行CF4电浆处理，对ITO的接触角只会微幅增加，这意味着利用精密控制可以使ITO与PI bank分别成为亲水性与拨水性。

经过上述表面处理后再利用喷墨字头将PEDOT/PSS油墨射入bank内部，接着透过液滴的自我图案化特性，使所有的液滴受到表面能量的牵扯，自动补正油墨的弹着误差，同时完全收容在bank内部。

如上所述大型有机EL显示器使用LTPS玻璃基板，然而目前LTPS玻璃基板最大尺寸为400×500mm，40吋有机EL显示器只能作1片取件，变通方法如(图七)所示，使用4片20吋玻璃基板接合方式（Tiling）制作40吋有机EL显示器。

接合后的LTPS玻璃基板经过以下一贯制程，再利用喷墨技术一次描绘，制成40吋有机EL显示器：

《图七 超大型有机EL面板的制作流程》

喷墨设备设有定位机构与承载玻璃基板与喷墨字头的XY平台（table），40吋有机EL显示器的玻璃基板尺寸为1100×1250mm，平台同时作XY方向移动的话，外形会变得非常巨大，因此采取喷墨字头作X方向移动，平台作Y方向移动的设计。

油墨滴的弹着精度取决于X-Y平台的机构精度、油墨滴的吐出速度均匀性、油墨滴的飞行弯曲特性。 MACH喷墨字头受到飞行弯曲特性的影响，精度大约是±5μm，油墨滴的飞行速度为7.0±0.5m/s，玻璃基板的移动速度为100mm/s时，飞行速度均匀性造成的弹着误差变成b＝±1.2μm，XY平台的机构误差c＝±10μm，整体弹着误差变成，相当于d＝±11.2μm。由此可知降低喷墨字头喷嘴板至玻璃基板的间隙，对提升油墨滴的弹着精度非常重要，本喷墨机器的间隙设计成0.3mm。

40吋有机EL显示器的影像解析度围38ppi，画素开口部的大小为180×500μm，单纯描绘观点而言，画素内的油墨量容许范围，与油墨的设计自由度相对比较大，不过大画素的场合要求弹着大量的油墨，因此高速描绘时必需使用特殊的描绘方法。

如(图八)所示MACH喷墨字头的喷嘴一列有180个，喷嘴的间距为141μm，由于喷嘴的间距与显示器画素的间距不同，必需调整喷墨字头的结构，具体对策有两种，分别是：

本MACH喷墨字头采用后者，亦即复数个喷嘴移动4列排列（180dpi×4列＝720dpi（35.3μm））的设计方式，如此一来即使显示器的画素间距、大小改变，也不需要变更喷嘴的排列。

《图八 Head排列扫描方法》

如上所述喷墨字头主要描绘的机能层为PEDOT/PSS层与LEP层，喷墨单元搭载由2个内建12个喷墨字头的carriage，其中一个carriage存放PEDOT/PSS与LEP油墨，另外一个carriage存放LEP油墨，换句话说一台喷墨设备可以满足所有层的长膜需求。

各层描绘作业全部都在40吋面板内连续进行，亦即PEDOT/PSS与LEP油墨描绘、干燥后，接着立即进行R、G、B油墨同时描绘与干燥制程。

面板整体均匀干燥的控制方法非常重要，尤其是有机EL膜层本身决定电气与发光特性，因此画素内的膜层形状要求非常平坦，如果膜层厚度分布不均匀，膜层厚度较薄的部位会有更多的电流流动，无法获得均匀的发光状态，因此制作上必需掌握下列重点：

在画素内描绘的油墨干燥从面板周围朝中心移动，为避免以周围作基准的画素受到溶媒蒸气相互影响快速吸收溶媒，因此研究人员在发光画素的周围设置相同形状的伪画素（ dummy pixel），借此防止发光画素受到油墨干燥的影响。

此外为提高面板内的均匀性与画素内的平坦性，研究人员进行真空干燥速度与油墨成份的检讨，事实上决定薄膜形状的要素是溶媒挥发时的减压速度，画素内的油墨干燥时，溶液的端缘（edge）会被玻璃基板拦阻，为填补从端缘附近蒸发的液份，溶液从中央部位朝周围方向流动，该流动同时会使溶质搬移到周围，导致周围部位的膜厚增加，中央部位反而变成凹塌环状膜层。

上述现象起因于发生对流程度的缓慢干燥所致，反过来说如果使溶媒快速挥发防止对流状态发生，理论上就能够获得非常平坦薄膜。虽然控制干燥方法可以获得面板整体的均匀性与画素内膜层的平坦性，不过根本上均匀性与平坦性取决于油墨特性，例如使用高挥发性油墨进行喷墨描绘时，由于中途溶媒挥发经常造成各画素的油墨量平衡崩溃，无法获得预期的均匀性与平坦性，尤其是应用喷墨技术制作40吋大尺寸有机EL面板时，选择不会引发上述问题的油墨非常重要。

结语

应用喷墨技术制造40吋大型有机EL面板时,主要长膜制程可分成三大步骤,分别是:

今后有机EL显示器商品化,必须提高EL材料的发光寿命,尤其是目前数千小时的辉度半减寿命,实用化要求提高10倍以上。

喷墨制程上制作无发光不均匀的面板依旧是最重要的课题，所幸的是降低喷墨字头内与字头之间吐出量的不均匀分布特性，配合溶媒干燥的控制，基本上就可以获得均匀、平坦的膜层。