OLED FMM行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢簡析

安徽省大富光電科技有限公司　高小平　莫松亭　劉學(xué)明

OLED FMM行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢簡析

安徽省大富光電科技有限公司高小平莫松亭劉學(xué)明

隨著智能手機(jī)、柔性穿戴、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和OLED電視的迅速崛起，OLED市場爆發(fā)在即。OLED的發(fā)明人鄧青云教授在2016中國國際OLED行業(yè)大會上表示，OLED經(jīng)過30多年的發(fā)展，從初期的面板良率極低，到在智能手機(jī)和電視上的應(yīng)用，已經(jīng)走過了一條冗長的道路，而它也在一步步走向成熟，OLED黃金發(fā)展期已經(jīng)到來。

新消息稱，蘋果最快將于2017年在iPhone中采用OLED顯示屏，目前正與三星電子子公司三星顯示器進(jìn)行獨(dú)家談判，三星電子將成蘋果獨(dú)家OLED顯示屏供應(yīng)商。這一消息成了OLED市場的風(fēng)向標(biāo)，三星的主要競爭對手、全球最大的液晶面板制造商LGD也加快了對OLED顯示屏的制造投資，日本企業(yè)也加快了對OLED產(chǎn)品的研發(fā)。

顯示屏從體積龐大的CRT顯示器時(shí)代到第二代液晶顯示器時(shí)代，經(jīng)歷了一個(gè)“瘦身”的過程，體積上變得輕薄，同時(shí)也降低了輻射和功耗，更加健康和環(huán)保。2010年三星的Galaxy S一代開始，OLED實(shí)現(xiàn)了手機(jī)上應(yīng)用的明星化。OLED與LCD相比，色域更廣，對比度更高，響應(yīng)速度更快，發(fā)光效率高，且無需背光源。1997年，日本先鋒公司首次將單色的 OLED應(yīng)用在汽車音響面板上，開啟了OLED產(chǎn)業(yè)化之路。2013年1月，LG電子在國際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會（International Consumer Electronics Show，簡稱CES）上全球首次發(fā)布LG曲面OLED電視，這表明全球進(jìn)入了大尺寸OLED時(shí)代。2013年9月13日，LG電子在北京召開電視新品發(fā)布會，推出中國第一款LG曲面OLED電視——LG55EA9800-CA，這標(biāo)志著中國的OLED電視時(shí)代正式來臨。隨著顯示器技術(shù)的不斷突破創(chuàng)新，柔性顯示器再次打破技術(shù)局限，徹底顛覆整個(gè)顯示行業(yè)。柔性顯示屏采用的是PHOLED磷光性O(shè)LED技術(shù)，具有低功耗、體積小、直接可視柔性的優(yōu)勢，受到業(yè)內(nèi)的一致認(rèn)可。

從早期的黑白影像世界到彩色世界，從厚重的CRT到輕薄柔性的柔性顯示屏，顯示器的發(fā)展經(jīng)歷了漫長而艱辛的歷程。鄧青云表示，“盡管LCD技術(shù)也在不斷取得進(jìn)步，但是LCD行業(yè)技術(shù)已經(jīng)遇到了發(fā)展瓶頸。柔性顯示雖然被認(rèn)為是顯示技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向，但是就目前的條件來說，柔性顯示走向產(chǎn)業(yè)化仍然面臨很多挑戰(zhàn)，包括在低溫下如何制備具有高性能和高可靠性的薄膜晶體管、如何制備柔性電板，以及薄膜封裝技術(shù)（TFE）的成熟等?！币虼耍S著OLED技術(shù)的成熟和市場推廣力度的加大，以O(shè)LED技術(shù)為核心的顯示時(shí)代正迎來黃金發(fā)展期。

一、OLED簡介

OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管，采用的是一項(xiàng)基于有機(jī)薄膜的自有光源顯示屏技術(shù)，具有自發(fā)光、刷新速度快、低能耗、高對比度、低溫特性好以及卷曲應(yīng)用等優(yōu)勢，是一種非常有前景的顯示技術(shù)，被稱為“夢幻顯示器”。OLED顯示技術(shù)按照驅(qū)動(dòng)方式可分為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)式OLED（即AMOLED）和被動(dòng)驅(qū)動(dòng)OLED（即PMOLED），目前我們接觸到的OLED屏幕絕大多數(shù)指的都是AMOLED。與AMLCD相比，AMOLED的結(jié)構(gòu)相對簡單，這決定了AMOLED先天具有優(yōu)異的性能和低廉的成本。如果工藝成熟，其成本優(yōu)勢將會很快顯露出來。

OLED應(yīng)用非常廣，包括電視、智能手機(jī)、智能穿戴、VR、汽車顯示、汽車照明燈等。目前智能手機(jī)領(lǐng)域 OLED 滲透率15%，智能穿戴，智能手環(huán)，目前中高端智能手表幾乎全部采用AMOLED顯示屏。

從 AMOLED 的制備流程來看，其關(guān)鍵的三大技術(shù)分別是：背板技術(shù)，蒸鍍技術(shù)，封裝技術(shù)。可滿足AMOLED顯示的TFT背板技術(shù)包括硅基TFT和非硅基的新TFT技術(shù)，其中硅基TFT中的低溫多晶硅（LTPS）技術(shù)是目前最為成熟的、唯一用于量產(chǎn)的AMOLED用TFT背板技術(shù)。封裝技術(shù)目前可采用玻璃蓋板技術(shù)、薄膜封裝和新型柔性封裝技術(shù)，其中，后兩種封裝技術(shù)可有效降低顯示器的厚度和重量，同時(shí)可降低成本，實(shí)現(xiàn)柔性顯示。蒸鍍技術(shù)除了需要精密的蒸鍍設(shè)備之外，還需要用于蒸鍍的掩模板（Mask），Mask決定了OLED顯示屏像素高低和尺寸大小。中小尺寸OLED方面，很多廠家都基于三星已經(jīng)量產(chǎn)的比較成熟的技術(shù)路線。中小尺寸的OLED顯示屏已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、智能穿戴、VR等領(lǐng)域，而在大尺寸電視上，面對即將到來的8K以及更高速系列挑戰(zhàn)時(shí)，存在非常大的技術(shù)路線轉(zhuǎn)移和技術(shù)變化潛在的風(fēng)險(xiǎn)。IHS科技化工材料高級分析師Kihyun Kim表示，“市場對于中小型OLED顯示器的需求是穩(wěn)定的，而OLED電視出貨量將不斷增加?！彪S著市場對高PPI和大尺寸OLED顯示屏的需求不斷提升，倒逼OLED企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)加大對mask的研究力度?？梢哉f，mask的研發(fā)程度就是基于蒸鍍技術(shù)的OLED的發(fā)展程度。

二、蒸鍍及FMM作用簡介

要了解什么是蒸鍍，就得先從OLED的結(jié)構(gòu)講起。OLED的典型結(jié)構(gòu)是在ITO玻璃上制作一層幾十納米厚的發(fā)光材料——也就是通常所說的OLED屏幕像素自發(fā)光材料；發(fā)光層上方有一層金屬電極，電極加壓，發(fā)光層產(chǎn)生光輻射；從陰陽兩極分別注入電子和空穴，被注入的電子和空穴在有幾層傳輸，并在發(fā)光層復(fù)合，激發(fā)發(fā)光層分子產(chǎn)生單態(tài)激子，單態(tài)激子輻射衰減發(fā)光。

蒸鍍就是在真空中通過電流加熱，電子束轟擊加熱和激光加熱等方法，使被蒸材料蒸發(fā)成原子或分子，它們隨即以較大的自由程做直線運(yùn)動(dòng)，碰撞基片表面而凝結(jié)，形成薄膜?？梢哉f，蒸鍍是OLED制造工藝的精華部分，通過金屬掩模板FMM（Fine Metal Mask）精密開孔將發(fā)光有機(jī)材料蒸鍍到基板上面，F(xiàn)MM的開孔直接決定OLED顯示屏的像素高低。開孔越小，像素越高。

圖1　有機(jī)材料蒸鍍示意圖

圖2　有機(jī)材料的蒸鍍示意圖

圖3　有機(jī)材料蒸鍍示意圖

目前，蒸鍍技術(shù)在韓國的OLED廠商中較受推崇，三星的諸多OLED電視都是基于這種方法蒸出來的，效果很不錯(cuò)，三原色都非常純粹。

三、FMM行業(yè)發(fā)展歷程簡介

說起FMM的發(fā)展歷程不得不提FMM的前身，早在CRT顯示器問世的時(shí)候，日本DNP就開始使用蝕刻技術(shù)制作金屬蔭罩（shadow mask），這個(gè)算是FMM的前身了。實(shí)際上正是DNP在金屬蝕刻上的技術(shù)沉淀，使得三星電子在開始做OLED顯示器的時(shí)候首先想到的是使用Mask技術(shù)，也正是因?yàn)榇伺e動(dòng)拯救了DNP。業(yè)界人士都知道，DNP在制作金屬蔭罩的時(shí)候花費(fèi)巨資建設(shè)了一條全鈦?zhàn)詣?dòng)蝕刻線，后來LCD風(fēng)靡，CRT被完全取代，這條豪華蝕刻線面臨淘汰的結(jié)局。隨著三星在OLED上的成功，也隨著OLED的顯示優(yōu)勢逐漸被消費(fèi)者接受，DNP也因此起死回生。

三星手機(jī)Galaxy系列成功應(yīng)用了OLED顯示屏，取得了不菲的成績， 這樣DNP的產(chǎn)能也只能勉強(qiáng)保證三星的需求，其他客戶的需求被往后排配。也就是說面板廠商的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于FMM的供應(yīng)能力。

此外，隨著消費(fèi)方向及技術(shù)發(fā)展，OLED面臨著兩個(gè)分化：一，大尺寸需求，以電視為主；二，中小尺寸需求，以手機(jī)和移動(dòng)顯示為主。當(dāng)然也有人按照屏體物理特性把OLED接下來的發(fā)展方向歸納為柔性可彎折和硬屏，這些無非選擇不同的載體的結(jié)果，與FMM關(guān)系不大。大尺寸OLED顯示技術(shù)目前比較成功的是LGD的WOLED技術(shù)和凸版印刷的噴墨打印式OLED電視，這些技術(shù)都沒有采用FMM，嚴(yán)格來說這些技術(shù)都不是真正的OLED顯示技術(shù)，與真正的OLED顯示屏來比較，這兩種技術(shù)都犧牲了這樣那樣的優(yōu)點(diǎn)，就目前來看這兩種技術(shù)的發(fā)展也遇到了各自的瓶頸，如果此階段有新的技術(shù)或者方案能夠解決大尺寸FMM的制造難題，相信OLED電視最終會回歸使用FMM蒸鍍技術(shù)。在小尺寸顯示屏的應(yīng)用中，消費(fèi)者越來越關(guān)注PPI，特別是VR的問世，更是對PPI提出了苛刻的要求，這就要求FMM必須突破高分辨率難題。然而以DNP為代表的蝕刻工藝，在其工藝本身來說就存在了不可逾越的寬厚比問題，要想獲得更精細(xì)的開孔，沒有別的辦法，只能降低材料的厚度，當(dāng)材料的厚度降低到20μm及以下的時(shí)候，各種問題接踵而至：降低厚度材料本身的均勻性問題、加工難度等。即使能夠解決這一系列問題，也最多只能將開孔提升至25μm左右，這個(gè)開孔大小換算出來的物理PPI大約是338，要知道VR對顯示屏的最低物理分辨率的需求也是440起步。

綜上所述的兩方面原因，產(chǎn)量需求及PPI的需求，使得越來越多的人和技術(shù)單位投入到FMM行業(yè)的研究中，先后有韓國、臺灣地區(qū)、中國大陸都能找到可以配合生產(chǎn)FMM的企業(yè)和公司，由于技術(shù)和起步的原因這些公司的技術(shù)水平與可提供的產(chǎn)品也不盡相同。下表列出來一些眾所周知的公司及其技術(shù)水平，僅供各位讀者參考：

表1　全球主要FMM研發(fā)成果

四、FMM的發(fā)展趨勢

隨著越來越多的人力物力投入到FMM行業(yè)，各種技術(shù)也不斷被發(fā)現(xiàn)。目前比較主流的有四大工藝：（1）蝕刻工藝，不斷減薄基材的厚度，以期獲得更精細(xì)的開孔；（2）電鑄工藝，利用電鑄工藝特點(diǎn)可以突破蝕刻工藝的瓶頸，開孔更精細(xì)，缺點(diǎn)是無法滿足特定的蒸鍍角以及與Invar匹配的物理特性；（3）蝕刻+激光復(fù)合材料，利用蝕刻Invar形成基材，在基材上覆PI材料，再利用激光工藝在PI表面形成精密開孔，以達(dá)到與FMM功能相同的效果。該方法可行性較好，但是設(shè)備要求過于苛刻，不適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。（4）混合工藝，利用電鑄+電鑄或者電鑄+蝕刻等混合工藝，其中電鑄+蝕刻工藝無論是可行性還是產(chǎn)業(yè)化都具有獨(dú)特的優(yōu)越性，未來最有希望在這個(gè)工藝上突破高PPI難題。