有機EL顯示器的畫質可以媲美傳統CRT，被視為最具競爭優勢的次世代顯示器之一。2004年日本業者首度利用噴墨（ink jet）方式，開發大型有機EL顯示器製作技術，同年發表40吋大型有機EL顯示器。

有機EL可以分成兩種：

噴墨方式的有機EL顯示器製作技術採用後者，亦即高分子系有機EL，具體方法首先將高分子系有機EL溶解於溶媒內進行油墨化處理，接著利用噴墨字頭吐出油墨形成預期的畫素圖案（pixel pattern），再製成全彩有機EL顯示器。

以往使用低分子系有機EL製作全彩顯示器時，必需利用蒸鍍技術與金屬罩（metal mask）製作畫素圖案，因此低分子系有機EL被認為不適合製作大型高精細化顯示器，不過噴墨方式卻不受此限制，同樣可以製成全彩有機EL顯示器。

發展經緯

94年正式商品化的噴墨印表機（bubble jet print），可以高速列印解析度為720dpi（dot per inch）的高品質彩色文件，最近幾年由於噴墨字頭超精密加工技術與紙張傳送精度的提升，目前已經可以利用超微小液滴掃描技術（Very Small Dot Technology；VSDT），文件列印解析度提升7倍，達到5760dpi以上的水準。

為驅動有機EL元件（device），使用低溫p-Si TFT主動矩陣驅動方式的玻璃基板，配合上述核心技術與噴墨字頭可以製作有機EL顯示器。

有機EL顯示器屬於主動發光元件，幾乎無視角依存性，若與傳統液晶顯示器比較，有機EL顯示器擁有μs高速反應特性，而且不需要背光照明模組，可以獲得高對比、超薄型與畫質媲美傳統CRT等革命性之特點。

除此之外噴墨技術還可以應用在其它領域，例如DOD（Drop On Demand）技術可以使形狀均勻的油墨滴精確吐出，在預定的畫素位置描繪預期的油墨量，製成LCD用彩色濾光片。

由於噴墨技術的油墨選擇性自由度很高，因此非常適合其它產業應用。噴墨（bubble ink jet）技術具備下列特徵：

傳統蒸鍍法與旋轉覆膜法（spin coat）的材料，有效使用率只有數％左右，相較之下噴墨技術的材料有效使用率高達70～80％，而且不需使用高單價真空設備，因此可以縮減能源使用量與設備投資費用。

利用噴墨技術使高分子材料長膜的重點，大致上可以分成以下三大核心技術，分別是：

噴墨字頭的核心技術

噴墨字頭技術

製作有機EL顯示器使用壓電驅動（piezo drive）MACH（Multi Layer Actuator Head）噴墨字頭，該噴墨字頭的吐出最高頻率超過30kHz，亦即每秒可以吐出3萬個以上的液滴進行描繪。

(圖一)是噴墨字頭內部結構，由圖可知噴墨字頭重要構成要素分別是：

《》

壓電元件是由數種類氧化金屬積層構成的陶瓷材料製成，壓電元件具有施加電壓變形的特性，利用此變形特性吐出油墨滴。

具體動作首先對設置在各油墨槽內的壓電元件施加電壓使壓電元件收縮，油墨利用停止施加電壓時壓電元件回復力量吐出。

噴墨字頭內的油墨槽（ink chamber）利用矽材料作異方性蝕刻，製成(圖二)所示之微細結構。

如(圖三)所示若改變呈梳狀依序排列在各油墨槽的壓電元件收縮、解除時的大小與速度，就能夠精確控制油墨滴的大小與速度。

噴墨字頭的吐出控制技術

製作低於2pL超微小液滴是高精細掃描不可或缺的項目之一，雖然相同吐出頻率前提下，使用大液滴可以提高某點的油墨量減少畫素內的射出數量，不過相對的顯示器的解析度有降低之虞，嚴重時甚至無法達成高精細畫質的預期目標，因此必需開發可以控制液滴大小的技術，具體方法是精密控制油墨槽內的容積變化，改變施加於壓電元件的波形，藉此改變液滴的大小。

《圖二　ink chamber內部結構》

《圖三　壓電元件構造》

如(圖四)是油墨吐出波形實例，縱軸是施加於壓電元件的電壓強度，橫軸是經過時間，由圖中可知超微小液滴的施加壓電降低，引入油墨槽內的油墨量相對減少，壓電元件解除壓縮途中停止解除動作，同樣可以減少油墨吐出量，希望吐出大液滴時，可以在極短間隔進行2次吐出動作，如此便可以達成幾乎相同位置著墨目的。由此可知實際上利用以上波形巧妙的組合，就可以在畫素中描繪預期的油墨量，非常適合應用在要求高精細畫質的小尺寸面板製作。

為有效控制波形，噴墨字頭內各噴嘴（nozzle）的油墨吐出量必需非常均勻，尤其油墨量不均勻是造成顯示器影像不均勻的原因之一，它的鄰接畫素之間的不均勻，如果大於1％人眼可以輕易辨識，依此反推對應畫素的噴嘴數量越少，必需進行更精確的油墨量控制，畫質越精細畫素內的油墨量調整就越困難。

《圖四 Ink吐出波形》

(圖五)是噴墨字頭內各噴嘴的油墨吐出速度（Ink speed）分佈特性，由於不易量測各噴嘴的油墨重量，所以此處將油墨速度當作代表特性。

進行波形調整時鄰接壓電元件之間會產生所謂的「電氣性cross talk」，此時中心與端緣的噴嘴會出現大約±5％左右的差異，使用上述波形調整技術可以使差異抑制在±2％範圍內。

《圖五　各噴嘴的Ink speed》

有機EL材料油墨化技術

有機EL元件分別從陽極與陰極注入電洞、電子，兩者的電荷再結合形成激發狀態，當電荷折返基底狀態時部份能量變成光線。

高分子系有機EL大多使用2種可以達成上述功能的材料，分別是：

PEDOT屬於水分散系材料，高分子材料可以溶解於低極性有機溶劑，達成噴墨字頭要求的油墨化目的，PEDOT/PSS形成薄膜後經過燒成作不溶化處理，使PEDOT/PSS薄膜不會與上方的發光層混合。

上述材料油墨化後就能夠從噴墨字頭穩定吐出油墨，接著進行吐出後油墨均勻乾燥作業，同時精密控制畫素內的長膜製程。

為滿足上述需求油墨的設計非常重要，油墨設計上必需掌握以下重點，分別是：

其中第3與第4項屬於噴墨技術特有項目。噴墨技術利用微弱的壓電力吐出油墨，它的力量有一定極限，如果油墨的粘度太高或是有黏彈性的話，噴墨就無法從噴墨槽吐出。

雖然提高壓電元件力量可以克服上述問題，不過相對地，每滴的油墨量會增加，對製作高精細顯示器而言，高精度控制微小油墨量是非常重要的項目，油墨量增加反而無法達成畫素內油墨量均勻化的要求，因此實際上不允許任意提高油墨的黏度。

此外油墨的的低揮發性也是非常重要的項目，由於吐出油墨的噴嘴大小只有ψ30μm左右，噴嘴表面的油墨非常容易乾燥，油墨中的溶媒一旦揮發，油墨中固形成份的濃度立刻急遽上升，噴嘴附近的粘度則隨著提高，其結果造成油墨無法從噴嘴吐出。

油墨在畫素內描繪後均勻乾燥形成均一薄膜，從描繪開始一直到作業結束期間畫素內油墨量必需維持一定，因此要求低揮發的油墨。

大型面板製作技術

平面顯示器大多使用矩陣驅動方式，使X-Y交點的畫素點燈，矩陣驅動分成主動與被動兩種方式。

有機EL顯示器採用主動矩陣驅動方式（Active Matrix；AM），它是各矩陣畫素內建切換元件（switch device），提高點燈畫素的選擇性使畫素影像在一定時間內維持驅動，即使畫素很多的顯示器也能夠實現無cross talk高畫質顯示。

大型有機EL面板除了上述主動矩陣驅動方式之外，還使用高TFT移動度低溫多晶矽S-TFT（Low Temperature Poly Silicon；LTPS）玻璃基板。TFT驅動方式的優點如下：

大型有機EL顯示器使用LTPS玻璃基板製作全彩面板時，各畫素要求R、G、B油墨圖案化，利用噴墨方式在各畫素使油墨形成圖案的場合，從字頭吐出的油墨受到字頭固有分佈均勻性與油墨特性的影響，會產生油墨飛行彎曲現象，例如玻璃基板與字頭之間的間隔（gape）為0.3mm時，油墨的彈著精度大約是±10μm左右，此時必需應用基板的薄膜成形技術與基板表面處理技術，補償油墨的彈著精度誤差。此外油墨圖案化時各畫素內的Polyimide等感光性有機材料滴塊構成的隔牆（bank）厚度大約數μm，如圖所示Polyimide利用曝光、顯影等製程使畫素開口。

《圖六　base bank結構》

為了使著彈油墨高精度圖案化，bank上方亦即親水表面必需進行撥水表面處理，親水狀態利用氧電漿處理，撥水狀態則利用CF4電漿處理，使表面狀態成為可控制化。

具體方法首先進行氧電漿處理，如此一來接觸角對畫素內的ITO與PI bank的PEDOT/PSS油墨成為20°，接著進行CF4電漿處理，在PI表面形成CF2與CFH，此時對油墨的接觸角迅速提升至100°，由於進行CF4電漿處理，對ITO的接觸角只會微幅增加，這意味著利用精密控制可以使ITO與PI bank分別成為親水性與撥水性。

經過上述表面處理後再利用噴墨字頭將PEDOT/PSS油墨射入bank內部，接著透過液滴的自我圖案化特性，使所有的液滴受到表面能量的牽扯，自動補正油墨的彈著誤差，同時完全收容在bank內部。

如上所述大型有機EL顯示器使用LTPS玻璃基板，然而目前LTPS玻璃基板最大尺寸為400×500mm，40吋有機EL顯示器只能作1片取件，變通方法如(圖七)所示，使用4片20吋玻璃基板接合方式（Tiling）製作40吋有機EL顯示器。

接合後的LTPS玻璃基板經過以下一貫製程，再利用噴墨技術一次描繪，製成40吋有機EL顯示器：

《圖七　超大型有機EL面板的製作流程》

噴墨設備設有定位機構與承載玻璃基板與噴墨字頭的X-Y平台（table），40吋有機EL顯示器的玻璃基板尺寸為1100×1250mm，平台同時作X-Y方向移動的話，外形會變得非常巨大，因此採取噴墨字頭作X方向移動，平台作Y方向移動的設計。

油墨滴的彈著精度取決於X-Y平台的機構精度、油墨滴的吐出速度均勻性、油墨滴的飛行彎曲特性。MACH噴墨字頭受到飛行彎曲特性的影響，精度大約是±5μm，油墨滴的飛行速度為7.0±0.5m/s，玻璃基板的移動速度為100mm/s時，飛行速度均勻性造成的彈著誤差變成b＝±1.2μm，X-Y平台的機構誤差c＝±10μm，整體彈著誤差變成，相當於d＝±11.2μm。由此可知降低噴墨字頭噴嘴板至玻璃基板的間隙，對提升油墨滴的彈著精度非常重要，本噴墨機器的間隙設計成0.3mm。

40吋有機EL顯示器的影像解析度圍38ppi，畫素開口部的大小為180×500μm，單純描繪觀點而言，畫素內的油墨量容許範圍，與油墨的設計自由度相對比較大，不過大畫素的場合要求彈著大量的油墨，因此高速描繪時必需使用特殊的描繪方法。

如(圖八)所示MACH噴墨字頭的噴嘴一列有180個，噴嘴的間距為141μm，由於噴嘴的間距與顯示器畫素的間距不同，必需調整噴墨字頭的結構，具體對策有兩種，分別是：

本MACH噴墨字頭採用後者，亦即複數個噴嘴移動4列排列（180dpi×4列＝720dpi（35.3μm））的設計方式，如此一來即使顯示器的畫素間距、大小改變，也不需要變更噴嘴的排列。

《圖八　Head排列掃描方法》

如上所述噴墨字頭主要描繪的機能層為PEDOT/PSS層與LEP層，噴墨單元搭載由2個內建12個噴墨字頭的carriage，其中一個carriage存放PEDOT/PSS與LEP油墨，另外一個carriage存放LEP油墨，換句話說一台噴墨設備可以滿足所有層的長膜需求。

各層描繪作業全部都在40吋面板內連續進行，亦即PEDOT/PSS與LEP油墨描繪、乾燥後，接著立即進行R、G、B油墨同時描繪與乾燥製程。

面板整體均勻乾燥的控制方法非常重要，尤其是有機EL膜層本身決定電氣與發光特性，因此畫素內的膜層形狀要求非常平坦，如果膜層厚度分佈不均勻，膜層厚度較薄的部位會有更多的電流流動，無法獲得均勻的發光狀態，因此製作上必需掌握下列重點：

在畫素內描繪的油墨乾燥從面板周圍朝中心移動，為避免以周圍作基準的畫素受到溶媒蒸氣相互影響快速吸收溶媒，因此研究人員在發光畫素的周圍設置相同形狀的偽畫素（dummy pixel），藉此防止發光畫素受到油墨乾燥的影響。

此外為提高面板內的均勻性與畫素內的平坦性，研究人員進行真空乾燥速度與油墨成份的檢討，事實上決定薄膜形狀的要素是溶媒揮發時的減壓速度，畫素內的油墨乾燥時，溶液的端緣（edge）會被玻璃基板攔阻，為填補從端緣附近蒸發的液份，溶液從中央部位朝周圍方向流動，該流動同時會使溶質搬移到周圍，導致周圍部位的膜厚增加，中央部位反而變成凹塌環狀膜層。

上述現象起因於發生對流程度的緩慢乾燥所致，反過來說如果使溶媒快速揮發防止對流狀態發生，理論上就能夠獲得非常平坦薄膜。雖然控制乾燥方法可以獲得面板整體的均勻性與畫素內膜層的平坦性，不過根本上均勻性與平坦性取決於油墨特性，例如使用高揮發性油墨進行噴墨描繪時，由於中途溶媒揮發經常造成各畫素的油墨量平衡崩潰，無法獲得預期的均勻性與平坦性，尤其是應用噴墨技術製作40吋大尺寸有機EL面板時，選擇不會引發上述問題的油墨非常重要。

結語

應用噴墨技術製作40吋大型有機EL面板時，主要長膜製程可分成三大步驟，分別是：

今後有機EL顯示器商品化，必需提高EL材料的發光壽命，尤其是目前數千小時的輝度半減壽命，實用化要求提高10倍以上。

噴墨製程上製作無發光不均勻的面板依舊是最重要的課題，所幸的是降低噴墨字頭內與字頭之間吐出量的不均勻分佈特性，配合溶媒乾燥的控制，基本上就可以獲得均勻、平坦的膜層。