从OLED到太阳能电池：松下工业喷墨打印的精度和潜力

编者：中喷网 墨宸

在开发和制造新产品时，您是否考虑过需要消除昂贵材料的浪费，同时提高生产过程的能源效率所带来的挑战？

这是制造业多年来一直面临的普遍问题，尤其是在有机发光二极管 (OLED) 显示屏的制造领域。如果能够以超高精度应用材料，且几乎不产生任何浪费，那会怎样？或者，如果能够在无需大规模、昂贵设施的情况下，建立一条高效的生产线，那又会怎样？

松下开发了一种名为“工业喷墨技术”的创新解决方案，实现了这两个目标。为了证明其重要性，松下的工业喷墨技术连续两次荣获国际信息显示学会 (SID) 杰出论文奖。该奖项旨在表彰在全球最大的显示会议——显示周 (Display Week) 上发表的杰出研究论文。

这项技术是如何将不可能变为现实的？未来又将如何发展？为了解答这些问题，我们采访了松下生产技术有限公司（PPE）的吉田秀宏、中谷周平和臼井之弥，他们率先开发了工业喷墨技术。

你们的工业喷墨技术有哪些创新特点？

吉田：传统的OLED显示屏制造方法是真空沉积法，需要非常大型的设备来产生真空，成本高昂，并且会带来各种挑战，尤其是在处理大型面板时。我们开发的喷墨打印法无需真空，而是使用超精密打印机在常温常压下“打印”RGB（红、绿、蓝）发光材料——OLED面板的核心组件。

中谷：喷墨技术是将发光材料转化为墨水，然后将其以所需的量精确地喷洒到所需的区域，从而显著提高材料的利用效率并大幅降低成本。该设备结构紧凑、节能高效，能够将墨水均匀、高速地喷洒到大型玻璃基板上，从而显著提高大尺寸、高清OLED显示屏的生产效率。

工业喷墨技术经济高效、节能环保，能够处理大型面板，并能提供高质量的输出，在国内外赢得了广泛赞誉。除了连续两次荣获SID杰出论文奖外，该团队今年3月还荣获了日本最负盛名的技术奖项之一——大河内纪念技术奖，这进一步彰显了松下高超的技术实力。

请描述您在开发过程中遇到的挑战

吉田：这段旅程始于21世纪初，当时英国剑桥显示技术公司发现了印刷OLED的潜力。当时，各大厂商已经广泛供应通用喷墨打印机，因此松下在该领域是后来者。项目启动后，我们成功利用打印机生产出全球首款3英寸顶部发光OLED显示屏。然而，当时的精度较低，生产的面板表面不均匀，并有条纹。

你是如何解决这个问题的？

吉田：传统的打印机只有一个喷头，需要多次来回移动才能一次一行地喷印发光材料。这导致了条纹和不均匀的现象。我们通过引入一个拥有数十个喷头的线型喷头解决了这个问题，从而可以同时喷印多条线条。有了这种线型喷头，现在可以一次性完成打印。

中谷：在墨水喷出相关的开发初期，我们遇到了各种基础问题，例如墨水喷不出、墨水从喷嘴漏出等。为了确保能够稳定、准确地喷出各种特性的墨水，形成超细液滴，我们从头开始重新设计喷头结构，并与墨水制造商紧密合作，不断尝试。

改进的工业喷墨线头

吉田：虽然核心技术在2012年左右就已确立，但我们当时面临着打印头本身良率低的挑战。由于每台机器需要数十个打印头，因此所有打印头都必须以高精度制造。整个团队齐心协力，不断提升质量，最终我们实现了目标，在2013年的CES上展出了全球首款56英寸4K OLED打印显示屏。这引起了巨大的轰动，人们不禁要问：“打印技术真的能生产出如此精美的成果吗？”

2019年，松下成功推出了全球首条印刷OLED显示屏量产生产线。这项技术有哪些优势使其量产成为可能？

臼井：精密的控制技术对于确保量产生产线的稳定运行和高质量生产至关重要。我们开发了一套利用Drive Per Nozzle技术来抑制色彩不均的系统，该系统可以精确控制每个喷嘴的喷墨量，并自动校正生产过程中出现的细微差异。这些控制技术使我们能够开发高精度、高产量的生产设备，并实现量产所必需的稳定质量和生产效率。

还有哪些领域可以利用这项技术？它的使用将如何改变我们的未来？

吉田：我们认为有两条发展路径。一是进一步提高分辨率。二是兼容高粘度油墨；一旦实现这一点，就能精确地涂抹分散颗粒的油墨，从而扩大应用范围。

我们对钙钛矿太阳能电池特别感兴趣，它有望成为下一代太阳能电池。

利用本公司独有的喷墨大面积涂敷技术，可将核心发电材料均匀地涂敷在大型玻璃基板上。这不仅实现了以往产品无法实现的薄型化、轻量化设计，还能够保持较高的发电效率。

中谷：喷墨技术的另一大优势在于其高材料利用率和由此带来的设计灵活性。传统的制造方法有时需要在整个表面涂覆材料，然后再去除多余的部分。相比之下，喷墨技术可以精确地将墨水喷洒在需要发电层的区域。这减少了昂贵材料的浪费。

臼井：能够将材料精准地涂敷到目标区域，这本身就创造了独特的价值。例如，通过在发电层上采用条纹状的涂层图案，可以制作兼具发电功能和透光性的窗玻璃。喷墨工艺的一大优势在于，窗户既能发电，又能保持窗户的功能。当然，从节能和可持续性的角度来看，制造过程中无需真空环境，并最大限度地减少材料浪费也至关重要。

吉田：我们的喷墨技术为钙钛矿太阳能电池带来了两大价值：“大面积、高效率”和“高设计灵活性”。这将使太阳能电池能够安装在以前被认为难以安装的位置，例如建筑物的墙壁和窗户，我们相信这将有助于实现可持续发展的社会。

使用喷墨技术制造的钙钛矿太阳能电池

提高透明度使得它们适用于窗户

最后，请分享一下您希望通过创新技术创造什么样的未来社会。

吉田：工业喷墨技术是一种非常独特的高科技解决方案，能够在常温常压下实现精确的涂层。由于其材料利用率高，并且能够根据后处理条件调整涂层量，我们能够灵活地响应客户的详细需求。另一个主要优势是从工艺开发到量产的交付周期短。

这项技术的应用领域非常广泛，我们认为，与其从零开始创造新技术，不如通过应用和改进现有技术来开拓新市场。为此，我们需要融合各领域的知识和创意。正因如此，我们积极推进开放式创新，并欢迎与全球合作伙伴携手合作。

左起：中谷修平、吉田秀宏、臼井之也

中谷： 15年前，我们刚开始研发时，墨水漏出等问题一直困扰着我们。但我们从未放弃，不断挑战，最终开发出如今已获得全球认可的技术。然而，我们仍未达成目标。作为工程师，我们最大的成就就是实现制造世界顶级打印机的梦想，并通过这项技术为客户带来快乐。如果您正面临挑战，例如“我想精准地应用某些内容”或“我正在寻找一种新材料的应用方法”，请随时联系我们。我们坚信我们能够为您提供帮助。

臼井：我们致力于开发超越客户想象和期望的产品和系统。这不仅意味着创造高精度设备，还包括只需按下按钮即可自动执行复杂流程的系统，以及配备自我诊断和校正功能的设备，这些功能可以检测任何变化并保持最佳状态。我们的技术将让客户惊叹不已，并在未来进一步丰富人们的生活。秉承这一愿景，我们团队将继续精进技术。期待您一如既往的支持与信任。

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