OLED FMM行業現狀及發展趨勢簡析

安徽省大富光電科技有限公司　高小平　莫松亭　劉學明

OLED FMM行業現狀及發展趨勢簡析

安徽省大富光電科技有限公司高小平莫松亭劉學明

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

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行獨家談判，三星電子將成蘋果獨家OLED顯示屏供應商。這一消息成了OLED市場的風向標，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，日本企業也加快了對OLED產品的研發。

顯示屏從體積龐大的CRT顯示器時代到第二代液晶顯示器時代，經歷了一個“瘦身”的過程，體積上變得輕薄，同時也降低了輻射和功耗，更加健康和環保。2010年三星的Galaxy S一代開始，OLED實現了手機上應用的明星化。OLED與LCD相比，色域更廣，對比度更高，響應速度更快，發光效率高，且無需背光源。1997年，日本先鋒公司首次將單色的 OLED應用在汽車音響面板上，開啟了OLED產業化之路。2013年1月，LG電子在國際消費類電子產品展覽會（International Consumer Electronics Show，簡稱CES）上全球首次發布LG曲面OLED電視，這表明全球進入了大尺寸OLED時代。2013年9月13日，LG電子在北京召開電視新品發布會，推出中國第一款LG曲面OLED電視——LG55EA9800-CA，這標志著中國的OLED電視時代正式來臨。隨著顯示器技術的不斷突破創新，柔性顯示器再次打破技術局限，徹底顛覆整個顯示行業。柔性顯示屏采用的是PHOLED磷光性OLED技術，具有低功耗、體積小、直接可視柔性的優勢，受到業內的一致認可。

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，顯示器的發展經歷了漫長而艱辛的歷程。鄧青云表示，“盡管LCD技術也在不斷取得進步，但是LCD行業技術已經遇到了發展瓶頸。柔性顯示雖然被認為是顯示技術發展的一個重要方向，但是就目前的條件來說，柔性顯示走向產業化仍然面臨很多挑戰，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（TFE）的成熟等。”因此，隨著OLED技術的成熟和市場推廣力度的加大，以OLED技術為核心的顯示時代正迎來黃金發展期。

一、OLED簡介

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

OLED應用非常廣，包括電視、智能手機、智能穿戴、VR、汽車顯示、汽車照明燈等。目前智能手機領域 OLED 滲透率15%，智能穿戴，智能手環，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，其關鍵的三大技術分別是：背板技術，蒸鍍技術，封裝技術。可滿足AMOLED顯示的TFT背板技術包括硅基TFT和非硅基的新TFT技術，其中硅基TFT中的低溫多晶硅（LTPS）技術是目前最為成熟的、唯一用于量產的AMOLED用TFT背板技術。封裝技術目前可采用玻璃蓋板技術、薄膜封裝和新型柔性封裝技術，其中，后兩種封裝技術可有效降低顯示器的厚度和重量，同時可降低成本，實現柔性顯示。蒸鍍技術除了需要精密的蒸鍍設備之外，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量產的比較成熟的技術路線。中小尺寸的OLED顯示屏已經廣泛應用于智能手機、智能穿戴、VR等領域，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時，存在非常大的技術路線轉移和技術變化潛在的風險。IHS科技化工材料高級分析師Kihyun Kim表示，“市場對于中小型OLED顯示器的需求是穩定的，而OLED電視出貨量將不斷增加。”隨著市場對高PPI和大尺寸OLED顯示屏的需求不斷提升，倒逼OLED企業和科研機構加大對mask的研究力度。可以說，mask的研發程度就是基于蒸鍍技術的OLED的發展程度。

二、蒸鍍及FMM作用簡介

要了解什么是蒸鍍，就得先從OLED的結構講起。OLED的典型結構是在ITO玻璃上制作一層幾十納米厚的發光材料——也就是通常所說的OLED屏幕像素自發光材料；發光層上方有一層金屬電極，電極加壓，發光層產生光輻射；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，并在發光層復合，激發發光層分子產生單態激子，單態激子輻射衰減發光。

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，使被蒸材料蒸發成原子或分子，它們隨即以較大的自由程做直線運動，碰撞基片表面而凝結，形成薄膜。可以說，蒸鍍是OLED制造工藝的精華部分，通過金屬掩模板FMM（Fine Metal Mask）精密開孔將發光有機材料蒸鍍到基板上面，FMM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　有機材料蒸鍍示意圖

圖2　有機材料的蒸鍍示意圖

圖3　有機材料蒸鍍示意圖

目前，蒸鍍技術在韓國的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，三原色都非常純粹。

三、FMM行業發展歷程簡介

說起FMM的發展歷程不得不提FMM的前身，早在CRT顯示器問世的時候，日本DNP就開始使用蝕刻技術制作金屬蔭罩（shadow mask），這個算是FMM的前身了。實際上正是DNP在金屬蝕刻上的技術沉淀，使得三星電子在開始做OLED顯示器的時候首先想到的是使用Mask技術，也正是因為此舉動拯救了DNP。業界人士都知道，DNP在制作金屬蔭罩的時候花費巨資建設了一條全鈦自動蝕刻線，后來LCD風靡，CRT被完全取代，這條豪華蝕刻線面臨淘汰的結局。隨著三星在OLED上的成功，也隨著OLED的顯示優勢逐漸被消費者接受，DNP也因此起死回生。

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

此外，隨著消費方向及技術發展，OLED面臨著兩個分化：一，大尺寸需求，以電視為主；二，中小尺寸需求，以手機和移動顯示為主。當然也有人按照屏體物理特性把OLED接下來的發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果，與FMM關系不大。大尺寸OLED顯示技術目前比較成功的是LGD的WOLED技術和凸版印刷的噴墨打印式OLED電視，這些技術都沒有采用FMM，嚴格來說這些技術都不是真正的OLED顯示技術，與真正的OLED顯示屏來比較，這兩種技術都犧牲了這樣那樣的優點，就目前來看這兩種技術的發展也遇到了各自的瓶頸，如果此階段有新的技術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。在小尺寸顯示屏的應用中，消費者越來越關注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，要想獲得更精細的開孔，沒有別的辦法，只能降低材料的厚度，當材料的厚度降低到20μm及以下的時候，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，產量需求及PPI的需求，使得越來越多的人和技術單位投入到FMM行業的研究中，先后有韓國、臺灣地區、中國大陸都能找到可以配合生產FMM的企業和公司，由于技術和起步的原因這些公司的技術水平與可提供的產品也不盡相同。下表列出來一些眾所周知的公司及其技術水平，僅供各位讀者參考：

表1　全球主要FMM研發成果

四、FMM的發展趨勢

隨著越來越多的人力物力投入到FMM行業，各種技術也不斷被發現。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，以期獲得更精細的開孔；（2）電鑄工藝，利用電鑄工藝特點可以突破蝕刻工藝的瓶頸，開孔更精細，缺點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，以達到與FMM功能相同的效果。該方法可行性較好，但是設備要求過于苛刻，不適合產業化生產。（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業化都具有獨特的優越性，未來最有希望在這個工藝上突破高PPI難題。