首页 > 科技快讯 > 印刷 OLED 屏幕正式量产，TCL 华星的 11 年开发历程

印刷 OLED 屏幕正式量产，TCL 华星的 11 年开发历程

晰数塔互联网快讯
2024-11-16 21:05

印刷 OLED 赛道上，TCL 华星甚至没有同行者。但他们知道，还有更高的山峰矗立在面前。

2024 年 6 月的一个深夜，TCL 华星 10 多位工程师守在武汉的屏幕模组车间。他们面前的产线上只有一块孤零零的屏幕。接下来 3 个多小时，他们的目光与那块屏幕紧紧相连。

焦虑和压力都在积聚，即将到来的那一刻，检验着他们过去 11 年努力的价值。

为了保证生产质量，车间的温度始终保持在 20 多度，几乎没有波动；工程师们穿着包裹严密的无尘服，与每一台设备、每一道工序隔开。在这种环境待上 30 分钟就已经是很大的考验。但他们没时间在意疲惫，将全部的注意力投入到每一个加工步骤中。

那块屏幕从外观看不算特别，21.6 吋，差不多是一台中小尺寸的显示器大小，甚至让人怀疑是否值得如此大动干戈。但它背后承载的，却是与市面上绝大多数 OLED 屏幕截然不同的技术革新。

这块屏幕是 “印刷” 出来的。

手机上常见的 OLED 屏幕都是采用 “蒸镀” 工艺——这是一种复杂的高真空制造过程，把粉末状的红绿蓝发光材料加热成气体，再通过掩膜板精确凝固到玻璃基板的指定位置。而印刷 OLED 的工艺则不同，它像一台高精度的打印机，通过喷嘴将液态发光材料精准地滴在目标位置。

从 2013 年初步把印刷 OLED 当作大尺寸 OLED 屏幕技术路线起步，TCL 华星就踏上了一条少有人走的路。同行们尝试过也撤退过，但他们不断加码，现在终于推开了这项技术走向市场的大门。11 月 16 日，TCL 科技首席技术官、TCL 华星首席技术官闫晓林正式宣布，首支投产的印刷 OLED 屏幕进入量产阶段。

TCL 华星首款量产印刷 OLED 4K 显示屏（21.6 吋）

印刷 OLED 最显著的优势就是节约材料，降低生产成本。蒸镀工艺中，绝大部分材料会残留在掩膜板上，利用率甚至不到 30%，而印刷工艺能达到 95% 以上。但节省材料的背后，需要从头开发材料和设备，来满足极致苛刻的技术要求：1 毫升的液体需要分成 10 亿滴，按照每秒滴下 4 万次的频率工作，每一滴都必须精准无误，同时还要确保铺展、干燥后完全均匀。

屏幕厂商几乎都曾涉足过印刷 OLED 技术，也几乎都中途退场。这让技术陷入了一种循环：少有企业投入，材料、设备、工艺的发展缓慢；技术进步缓慢，又让投资者更加望而却步。

“我们早期也有过摇摆，并不是所有人都支持印刷 OLED，还有人建议跟进 LG Display 或三星的方向。”TCL 华星印刷 OLED 中心的中心长曹蔚然回忆说。但他们明白，追随意味着专利和供应链受制于人。以手机用的 OLED 屏幕技术为例，许多中国屏幕公司跟随三星，投资了数百亿元建设蒸镀产线。结果是三星轻松盈利，中国企业的产线却长期亏损。

走出自己的路并非易事。日本显示行业短短十年就从巅峰跌至谷底。在显示屏这个充满颠覆创新的行业，选错技术路线的代价高昂。

TCL 自己也曾有过惨痛的教训。2004 年，在电视技术从 CRT（显像管）向 LCD（液晶屏）过渡时，由于对技术趋势的误判，公司在两年内亏损超过 20 亿元，几乎面临退市。

在印刷 OLED 路线上，TCL 华星坚持了 11 年。被问到为什么要选择这条充满挑战的技术路线时，多位工程师这样解释：“作为研发人员，我们想要做一些不一样的事。”

不想再做跟随者

TCL 在电视屏幕从显像管转向液晶的关键节点踏空，关键原因之一就是缺乏选择空间。

那时，TCL 的业务重心在于制造和经营，并未过多涉及上游的技术。技术押注来自 2004 年并购的汤姆逊彩电业务，虽然一度让公司看似充满希望，但也为 TCL 带来了大麻烦。

TCL 创始人、董事长李东生意识到：“技术创新没有捷径可走，只有依靠自主研发、人才储备和长期的投入。” 艰难的 2005 年，TCL 在深圳设立工业研究院，大力投资技术研发。2009 年，刚从困境中复苏的 TCL 决定启动华星光电项目，也就是现在的 TCL 华星。

TCL 华星第一个项目是建设 8.5 代液晶（LCD）产线（代号 t1）——投资 245 亿元。这个金额超过了当时整个 TCL 的资产总额。外界普遍认为这是场 “豪赌”，因为中国同样的产线长期陷入亏损。而在李东生看来，他们不是 “赌”，而是 “搏”，是计算风险之后的拼搏。

2012 年，产线成功投产并迅速实现盈利。“搏” 的观念，也随着 TCL 华星的发展扎根下来，成为他们面对印刷 OLED 项目遇到质疑时的支撑。

t1 产线顺利运营的同时，技术更新换代紧跟着到来。OLED 技术的显示效果更好且市场需求迅速扩大，他们决定加快 OLED 研发步伐。

公司选了两个方向：一是用于手机的小尺寸屏幕，另一个是用于电视的中大尺寸屏幕——这是与大多数屏幕面板公司不同之处，它起家于电视业务，因此总对中大尺寸屏幕投入了比同行更多的关注和资源。

小尺寸 OLED 屏幕的路线当时已经确定，用蒸镀工艺量产几乎没有太多障碍。但中大尺寸的 OLED 依然没有成功量产的先例。OLED 路线的领先者三星尝试过用同样的蒸镀工艺做大 OLED 屏幕，以失败告终。

做 OLED 屏幕，最关键的环节是把红绿蓝发光材料均匀地放到玻璃背板上特定的位置。蒸镀工艺需要制作金属掩膜板，并通过真空蒸镀设备将发光材料逐层沉积到基板上。掩膜板微米级厚，相当于头发丝的数十分之一。如果做中大尺寸屏幕，就要把掩膜板做大，效果很难保证。

印刷 OLED 技术则提供了新的解决方案，尺寸的升级只需要增加印刷设备上的喷头等设备，理论上可以大大降低成本，也更具可行性。TCL 华星决定选择印刷 OLED 作为研究方向。

然而，2013 年 LG Display 利用蒸镀工艺成功推出了 55 吋的 OLED 屏幕，迅速引起业界广泛关注。LG Display 的成功并非传统蒸镀工艺的简单延伸，而是采用了 “白光 OLED” 技术，即通过蒸镀三层白光材料，再加上滤光片实现红绿蓝三色显示。类似的还有后来三星主导的蓝光 OLED 方案，蒸镀 3 层蓝光材料，覆盖量子点材料，转换出红绿颜色，称为 “QD-OLED”。

研究人员被分成红蓝军，两条技术路线同时推进：一方面跟进 LG Display 的 “白光 OLED” 方案，另一方面继续深入研究印刷 OLED 技术。

率先有进展的是印刷路线。2014 年 TCL 华星与 TEL 合作，利用爱普生研发的打印设备，成功制作出了 31 吋 OLED 屏幕样品，并成功点亮。这一成果初步验证了印刷 OLED 的可行性。

2015 年的国际信息显示大会（SID）上，李东生发表题为《显示产业浪潮中的中国力量》的演讲，明确表态支持印刷 OLED 技术，称其有可能成为新一代的大尺寸显示技术，“未来将要像印刷报纸一样生产屏幕。”

同年，TCL 投资印刷 OLED 设备公司 Kateeva，开始组建 4.5 代印刷 OLED 实验产线。到 2017 年，TCL 华星已经成功开发出了 31 吋透明印刷 OLED 屏幕，进一步验证了技术的可行性。

但随着研究的不断深入，他们需要做出选择：屏幕行业是一个资本高度集中的领域，研发一个新工艺往往需要投入数百亿元资金，而同时推进多个技术路线几乎不可能成功。

印刷 OLED 当时并不被行业看好，跟着同行验证过的方向研发更安全。但对于 TCL 华星来说，这条路线有其他技术路线无法比拟的优势：它基本不会受到行业领先者专利和供应链制约，能让他们走出一条独立的道路。TCL 华星认为这条技术路线有着巨大的潜力。他们坚定了继续推动印刷 OLED 的决心。

难跨越的量产鸿沟

2019 年，TCL 华星的小尺寸 OLED 屏幕产线 t4 在武汉量产，积累 7 年的 OLED 研发中心把重心转向印刷 OLED 工艺，调动更多专家筹备量产。

曹蔚然就是核心成员之一。他博士毕业于佛罗里达大学，主要从事量子点显示技术和液体材料加工光电器件基础理论和工程化研究。

2015 年 8 月，曹蔚然加入当时的 TCL 集团工业研究院，负责 TCL 在量子点显示技术的研发。量子点是一种无机发光材料，可以作为光转换层或者发光层，提升显示效果，也是屏幕行业的重点研发方向。一位工程师评价：“曹博是做科研的高手，能抓住本质问题。”

TCL 华星印刷 OLED 中心中心长曹蔚然。

现任印刷 OLED 中心面板工程部部长李朝晖也在同期加入。李朝晖曾在中科院工作，2017 年加入 TCL 华星后，前期主要负责 11 代产线（t6）的首支产品量产导入及新技术验证，并推动提前量产，为后续高端产品的导入提供了技术可行性方案。

筹建量产线的难度极高。技术的瓶颈、资源的短缺、供应链的不完善——像一道道壁垒一样，阻挡他们前进的脚步。

“供应链主要看三个方面，交付时间、规格和价格，但在印刷 OLED 领域，一个环节的供应商只有一到两家。”2014 年加入印刷团队的郝鹏说，“结果就是处处博弈不过人家，价格难谈、交付时间无法保证，还不一定能满足规格要求”，而且 “出了他们那个门，不一定找得到东西”。

TCL 工业研究院副院长付东当时每个月都要出国。日本、韩国、美国、欧洲——几乎所有可能的供应商，他都跑遍了。团队每个月测试的器件和材料数以千计，为量产提供依据。

为了证明技术的可能性、吸引关注和投资，曹蔚然加入团队后，启动了 “卷轴” 屏幕项目，这种屏幕可以横向拉开，收起时像画一样卷起，他们将其称为 “圣旨”。后来他们还开发出了可以上下卷、四周向内弯的屏幕。曹蔚然把这种特征鲜明的产品形容为 “出奇兵”：“你得吸引住大家的目光，不然就没声音了。”

面向量产的挑战不止于此。连 “产品质量能够长期稳定” 这个最基础的要求，研发早期都很难做到。

曹蔚然还记得，参加国际展会时，团队常常带着多块屏幕。因为一块屏幕展示没多久就会出现显示质量下降的情况。所以他在做完卷轴屏幕后提出的第一个关键目标，是延长屏幕的使用寿命。

这是印刷 OLED 工艺最棘手的问题，寿命较短一定程度上是印刷工艺本身造成的。“屏幕器件是一个三明治结构，底下是阳极，最上面是阴极，中间是有机发光材料。阴极和阳极之间的距离会影响光学微腔，发光效率，色度均匀性等，需要平衡设计。”TCL 华星印刷 OLED 中心面板设计部部长韩佰祥说，印刷过程中，滴加的发光材料容易出现厚度不均的情况，造成 “咖啡环” 效应，影响显示效果和寿命。

喷墨打印工艺示意图

曹蔚然提出换用无机阳极材料的方案，最终成功把打印的材料做的更薄，缓解印刷工艺容易带来的成膜均一性问题。“曹博加入后，做了很多类似的实验，通过不断尝试，器件的性能有了大幅提升，越来越接近量产的标准。” 韩佰祥说。

但能否顺利建成量产线依然充满不确定性。当时屏幕行业正值下行周期，如果贸然投资，短期无法收回成本，就会加大公司的负担。团队提出了一个折中的提议：建立一条中试生产线。这既是对量产的铺垫，也是对风险的一种测试。他们预估需要投入 80 亿元人民币，但最终这项计划没有通过。

没有更先进的产线，无法验证新的技术设想。研究似乎陷入瓶颈。与此同时，同样研发中大尺寸 OLED 屏幕的 LG Display、三星等公司，正在加速迭代技术。多位工程师回忆道，那是他们 “情绪最低落的时候”。

20 亿元投资换来跨国合作机会，但疫情也来了

转机很快出现。TCL 华星找到了一个方式，能更实惠地验证其技术能否量产：借用 JOLED（一家专注于开发和生产用于中小尺寸显示器的印刷式 OLED 面板的企业，总部和工厂位于日本）在 2019 年中建成的量产线当作中试线。

“谈判非常辛苦，” 曹蔚然说。“他们觉得自己刚建成量产线，你们想过来投资，我凭什么要你的钱？”

直到 2020 年 4 月，JOLED 才同意合作，但条件极其苛刻：TCL 要向 JOLED 注资 20 亿元；合作期仅有三年，且只帮 TCL 华星试产一个产品，最多三期。

当时疫情在全球爆发，严重程度远超团队预期。协议签订后，双方几乎无法正常沟通与推进，时间在等待中流逝，合作期也在倒计时。

11 月，日本政府放宽了入境限制，TCL 华星终于能派出 20 多位工程师搭乘航班，前往位于日本西海岸石川县的 JOLED 工厂。

到 JOLED 工厂的旅程异常艰难——上飞机前必须穿戴防护服，到达东京后，需等待 4 小时以上的核酸检测结果才能入境。因为被禁止乘坐公共交通，他们只能乘坐小巴去工厂——这段旅程耗时整整 25 小时，“身上被防护服憋出了一股怪味。”

工程师们到日本没多久疫情又开始恶化。当日本计划再次封锁边境，TCL 华星火速安排了第二批工程师前往。“所有持有签证的同事都来了，差不多有十多人。” 郝鹏说。

TCL 华星派往 JOLED 的一批工程师。

到了 JOLED 的产线，郝鹏第一个感觉是惊讶：如此落后的背板工艺，竟然可以支撑印刷 OLED 量产？

在显示面板领域，OLED 产线通常分为三段：首先是 Array 段，在玻璃上用曝光机刻好电路，整个过程与造芯片类似，只不过精度更低；然后是 EL 段，在处理好的玻璃基板上加发光材料，再封装好，这是印刷工艺与蒸镀工艺区别最大的环节；最后是模组段，切割加工好的屏幕，然后加上与硬件其他部分交换信号的元器件等。

JOLED 的产线建立在其收购而来的能美工厂上，几乎原封不动地继承了其 Array 段。2012 年，能美工厂为苹果供应 iPhone 5 上的 LCD 屏幕，当时是行业内领先的产线。但放到 2020 年，能美工厂只是日本显示面板行业的余晖之一。

工程师们有了更多信心：如果 TCL 华星用上最新的 Array 工艺和 JOLED 同款设备，配合过去 10 多年的屏幕量产经验，量产印刷 OLED 就不会有什么难题。

合作开局并不顺利。“JOLED 并不愿意开放，在他们看来，我们只不过是学生。” 郝鹏说。TCL 华星的工程师只能提出需求，后续的产品设计、生产，全部由 JOLED 的人完成，结果很失败：生产出来的屏幕不能点亮。

团队的目标是生产出 65 吋的屏幕。他们自己建的 4.5 代实验产线无法生产，放在 JOLED 产线上，一个玻璃基板也只能做一块。

JOLED 的失败给了 TCL 华星工程师介入的机会。刚开始不管他们怎么做，都难以做出能点亮的屏幕，而双方的合作倒计时即将走完一半。

工程师们分析，良率问题 90% 的出在 Array 端。“本来设备就很老旧，JOLED 还给了一个最旧的。” 郝鹏说，他们一开始想的办法是把设备修好，但尝试许久后放弃，“已经修不好了。”

2022 年 5 月，合作签订近两年，无数次失败后，他们终于造出了能点亮的 65 吋屏幕。

随着合作进入倒计时的第三年，JOLED 的经营问题愈发严重，破产的阴影逐渐逼近。为了保证合作能够继续下去，TCL 华星不得不追加投资，但这一切似乎都无济于事。

为了应对不确定性，他们没有在后来的合作中大幅度更改屏幕设计，只是在 65 吋屏幕上迭代，把它做成能上下折叠状态。同时他们也开始梳理过去两年的合作，力求补上遗漏的目标。

“在日本，我们一点点把印刷 OLED 从前到后的工艺流程全部打通，完整经历了良率从个位数提升到十位数，甚至数十位的过程。” 韩佰祥说，“这给了我们极大的信心。”

JOLED 破产了，印刷 OLED 没有

2023 年 3 月 27 日，JOLED 宣布破产的那天，曹蔚然正身处日本。樱花盛开的季节，他的时间被来自 TCL 内部、TCL 的投资人和显示同行们如潮水般涌来的问询吞噬。

当时 TCL 华星给出的公开回应是，与 JOLED 的合作开发，让他们进一步确认了印刷 OLED 技术方向的可行性，而且在相关技术突破、研发人员能力方面进步明显，形成完整的技术体系和专利矩阵。

“但大家都觉得我们投了 20 个亿，是一次失败的投资。” 曹蔚然说。面对 JOLED 的破产，TCL 华星提出多种解决方案，反复沟通到最后，只剩下一个选择——买下 JOLED 产线中的印刷设备，自己建产线。

这个选择依然有风险。作为领先者的 JOLED 都破产了，印刷 OLED 前景可能没那么乐观。最后董事长李东生拍板：方向已经定下，而且已经有了成果，不能在此时动摇。

多位工程师后来感慨，如果没有高层们坚定支持，他们很难把技术推进到现在这个程度，“就算是行业下行周期，公司把团队保护得很好。”

经过一番艰难谈判，TCL 华星最终以股东身份成功竞购了 JOLED 的设备，开始了拆运的巨大挑战。“拆运设备我们有经验，但跨国搬迁还是头一次。” 曹蔚然说，“几乎没多少人觉得我们能做成。”

拆运团队到场的时候，JOLED 已经把厂房卖了。“留给我们的时间很短，有些设备前后只有 28 天的时间。” 拆运项目负责人李朝晖说，如果到时候搬不回来，对方就会把它们当废品处理，还得 TCL 华星付清运费。

时间紧迫，设施狭小，拆卸工作异常艰难。“大型辅助机器进不去，不少设备只能靠人搬。” 李朝晖说，那段时间他们最担心工人的安全问题——为了保证运行时稳定，许多设备中都塞满了大理石。

在 3 个 TCL 华星高级副总裁牵头，数十名工程师和供应商夜以继日工作下，他们提前完成了拆运工作。2023 年 12 月，超过三千个集装箱、上万吨的设备抵达武汉。

如果只是复刻一遍 JOLED 产线，TCL 华星不会遇到太多困难，但他们还希望能够改造升级，难度不亚于从头新建一条量产线。

李朝晖不愿意多谈困难。“经历过 t6 建厂，在我看来（建产线）困难都是可解的问题，只要有时间。” 他说。

TCL 华星负责打印环节设备的袁夏梁举了一个例子，拆除、搬运和运输过程中，不少设备的包装破损，进入灰尘。在屏幕生产过程中，灰尘是良率杀手。仅清理烘烤机中的灰尘，就投入数个工程师做了一个多月。

接受我们访谈前几天，韩佰祥和同事们聚在一起聊天，大家分享手环中记录的睡眠状况：从设备安装开始，过去大半年，手环画出了一个 U 型曲线，直到屏幕点亮，产线趋于稳定后，睡觉时间才长了一些。

11 年的投入、摸索和积累，TCL 华星终于迈过量产的门槛。但在曹蔚然看来，这不过是阶段性的成功。

当前量产的印刷 OLED ，是一款用在医疗产品上的 21 吋、4K 屏幕，而不是他们刚开始设想的电视大屏幕。这多少让为此奋斗多年的工程师们感到失望。

“技术投资是为了实现商业价值，研发人员必须承认市场趋势、尊重市场规律。” 曹蔚然曾接受采访说。今年 10 月，他给团队提出了新要求，用 1-2 个月时间，做出来一款没有缺陷的印刷 OLED 屏幕。

“量产的很多屏幕都不算完美，但不影响正常使用。” 韩佰祥说，“可只有挑战极限，才能让别人相信你真有实力。”

未来 1-2 年，TCL 计划用当前的量产线生产直接面向 C 端消费者的产品，把屏幕嵌入到笔记本、平板、显示器中。

2023 年开始，越来越多电脑厂商推出内置本地大模型的 AI PC，它们对算力要求更高，导致能耗提升，从而需要更节能的屏幕，OLED 可能是更合适的选择。市场调研机构 Omdia 估算，2023 年到 2031 年，笔记本（移动 PC）市场对 OLED 显示屏的需求将以 37% 的年复合增长率增长。

相比 5 年前，现在 TCL 华星的印刷 OLED 团队有了更多信心。这种信心与过去他们建成蒸镀 OLED 有明显不同，它更偏向对技术有全面掌控力后的自信。“相比蒸镀工艺，我们对印刷 OLED 专利和供应链掌控力提高了数倍。” 袁夏梁说。

今年 6 月的那个夜晚，工程师们见证自己亲手研发的屏幕点亮后走出工厂，已经是凌晨时分。袁夏梁说：“大家一路上都在讨论还有哪些改进空间，把它们列入待办清单，第二天上班后，就开始一个个解决。”

“市场不会再给我们十年时间了。” 曹蔚然说，“每一代产品都有上市周期，赶不上就要等下一个。现在属于技术百家争鸣的时候，如果不冲上去，技术就被别人给抢先，再上就很难。”

印刷 OLED 赛道上，TCL 华星已经没有对手，甚至都没有同行者。但他们知道，还有更高的山峰矗立在面前。

题图来源：TCL 华星