OLED FMM行业现状及发展趋势简析

安徽省大富光电科技有限公司　高小平　莫松亭　刘学明

OLED FMM行业现状及发展趋势简析

安徽省大富光电科技有限公司高小平莫松亭刘学明

随着智能手机、柔性穿戴、虚拟现实（VR）和OLED电视的迅速崛起，OLED市场爆发在即。OLED的发明人邓青云教授在2016中国国际OLED行业大会上表示，OLED经过30多年的发展，从初期的面板良率极低，到在智能手机和电视上的应用，已经走过了一条冗长的道路，而它也在一步步走向成熟，OLED黄金发展期已经到来。

新消息称，苹果最快将于2017年在iPhone中采用OLED显示屏，目前正与三星电子子公司三星显示器进行独家谈判，三星电子将成苹果独家OLED显示屏供应商。这一消息成了OLED市场的风向标，三星的主要竞争对手、全球最大的液晶面板制造商LGD也加快了对OLED显示屏的制造投资，日本企业也加快了对OLED产品的研发。

显示屏从体积庞大的CRT显示器时代到第二代液晶显示器时代，经历了一个“瘦身”的过程，体积上变得轻薄，同时也降低了辐射和功耗，更加健康和环保。2010年三星的Galaxy S一代开始，OLED实现了手机上应用的明星化。OLED与LCD相比，色域更广，对比度更高，响应速度更快，发光效率高，且无需背光源。1997年，日本先锋公司首次将单色的 OLED应用在汽车音响面板上，开启了OLED产业化之路。2013年1月，LG电子在国际消费类电子产品展览会（International Consumer Electronics Show，简称CES）上全球首次发布LG曲面OLED电视，这表明全球进入了大尺寸OLED时代。2013年9月13日，LG电子在北京召开电视新品发布会，推出中国第一款LG曲面OLED电视——LG55EA9800-CA，这标志着中国的OLED电视时代正式来临。随着显示器技术的不断突破创新，柔性显示器再次打破技术局限，彻底颠覆整个显示行业。柔性显示屏采用的是PHOLED磷光性OLED技术，具有低功耗、体积小、直接可视柔性的优势，受到业内的一致认可。

从早期的黑白影像世界到彩色世界，从厚重的CRT到轻薄柔性的柔性显示屏，显示器的发展经历了漫长而艰辛的历程。邓青云表示，“尽管LCD技术也在不断取得进步，但是LCD行业技术已经遇到了发展瓶颈。柔性显示虽然被认为是显示技术发展的一个重要方向，但是就目前的条件来说，柔性显示走向产业化仍然面临很多挑战，包括在低温下如何制备具有高性能和高可靠性的薄膜晶体管、如何制备柔性电板，以及薄膜封装技术（TFE）的成熟等。”因此，随着OLED技术的成熟和市场推广力度的加大，以OLED技术为核心的显示时代正迎来黄金发展期。

一、OLED简介

OLED，即有机发光二极管，采用的是一项基于有机薄膜的自有光源显示屏技术，具有自发光、刷新速度快、低能耗、高对比度、低温特性好以及卷曲应用等优势，是一种非常有前景的显示技术，被称为“梦幻显示器”。OLED显示技术按照驱动方式可分为主动驱动式OLED（即AMOLED）和被动驱动OLED（即PMOLED），目前我们接触到的OLED屏幕绝大多数指的都是AMOLED。与AMLCD相比，AMOLED的结构相对简单，这决定了AMOLED先天具有优异的性能和低廉的成本。如果工艺成熟，其成本优势将会很快显露出来。

OLED应用非常广，包括电视、智能手机、智能穿戴、VR、汽车显示、汽车照明灯等。目前智能手机领域 OLED 渗透率15%，智能穿戴，智能手环，目前中高端智能手表几乎全部采用AMOLED显示屏。

从 AMOLED 的制备流程来看，其关键的三大技术分别是：背板技术，蒸镀技术，封装技术。可满足AMOLED显示的TFT背板技术包括硅基TFT和非硅基的新TFT技术，其中硅基TFT中的低温多晶硅（LTPS）技术是目前最为成熟的、唯一用于量产的AMOLED用TFT背板技术。封装技术目前可采用玻璃盖板技术、薄膜封装和新型柔性封装技术，其中，后两种封装技术可有效降低显示器的厚度和重量，同时可降低成本，实现柔性显示。蒸镀技术除了需要精密的蒸镀设备之外，还需要用于蒸镀的掩模板（Mask），Mask决定了OLED显示屏像素高低和尺寸大小。中小尺寸OLED方面，很多厂家都基于三星已经量产的比较成熟的技术路线。中小尺寸的OLED显示屏已经广泛应用于智能手机、智能穿戴、VR等领域，而在大尺寸电视上，面对即将到来的8K以及更高速系列挑战时，存在非常大的技术路线转移和技术变化潜在的风险。IHS科技化工材料高级分析师Kihyun Kim表示，“市场对于中小型OLED显示器的需求是稳定的，而OLED电视出货量将不断增加。”随着市场对高PPI和大尺寸OLED显示屏的需求不断提升，倒逼OLED企业和科研机构加大对mask的研究力度。可以说，mask的研发程度就是基于蒸镀技术的OLED的发展程度。

二、蒸镀及FMM作用简介

要了解什么是蒸镀，就得先从OLED的结构讲起。OLED的典型结构是在ITO玻璃上制作一层几十纳米厚的发光材料——也就是通常所说的OLED屏幕像素自发光材料；发光层上方有一层金属电极，电极加压，发光层产生光辐射；从阴阳两极分别注入电子和空穴，被注入的电子和空穴在有几层传输，并在发光层复合，激发发光层分子产生单态激子，单态激子辐射衰减发光。

蒸镀就是在真空中通过电流加热，电子束轰击加热和激光加热等方法，使被蒸材料蒸发成原子或分子，它们随即以较大的自由程做直线运动，碰撞基片表面而凝结，形成薄膜。可以说，蒸镀是OLED制造工艺的精华部分，通过金属掩模板FMM（Fine Metal Mask）精密开孔将发光有机材料蒸镀到基板上面，FMM的开孔直接决定OLED显示屏的像素高低。开孔越小，像素越高。

图1　有机材料蒸镀示意图

图2　有机材料的蒸镀示意图

图3　有机材料蒸镀示意图

目前，蒸镀技术在韩国的OLED厂商中较受推崇，三星的诸多OLED电视都是基于这种方法蒸出来的，效果很不错，三原色都非常纯粹。

三、FMM行业发展历程简介

说起FMM的发展历程不得不提FMM的前身，早在CRT显示器问世的时候，日本DNP就开始使用蚀刻技术制作金属荫罩（shadow mask），这个算是FMM的前身了。实际上正是DNP在金属蚀刻上的技术沉淀，使得三星电子在开始做OLED显示器的时候首先想到的是使用Mask技术，也正是因为此举动拯救了DNP。业界人士都知道，DNP在制作金属荫罩的时候花费巨资建设了一条全钛自动蚀刻线，后来LCD风靡，CRT被完全取代，这条豪华蚀刻线面临淘汰的结局。随着三星在OLED上的成功，也随着OLED的显示优势逐渐被消费者接受，DNP也因此起死回生。

三星手机Galaxy系列成功应用了OLED显示屏，取得了不菲的成绩， 这样DNP的产能也只能勉强保证三星的需求，其他客户的需求被往后排配。也就是说面板厂商的需求远远大于FMM的供应能力。

此外，随着消费方向及技术发展，OLED面临着两个分化：一，大尺寸需求，以电视为主；二，中小尺寸需求，以手机和移动显示为主。当然也有人按照屏体物理特性把OLED接下来的发展方向归纳为柔性可弯折和硬屏，这些无非选择不同的载体的结果，与FMM关系不大。大尺寸OLED显示技术目前比较成功的是LGD的WOLED技术和凸版印刷的喷墨打印式OLED电视，这些技术都没有采用FMM，严格来说这些技术都不是真正的OLED显示技术，与真正的OLED显示屏来比较，这两种技术都牺牲了这样那样的优点，就目前来看这两种技术的发展也遇到了各自的瓶颈，如果此阶段有新的技术或者方案能够解决大尺寸FMM的制造难题，相信OLED电视最终会回归使用FMM蒸镀技术。在小尺寸显示屏的应用中，消费者越来越关注PPI，特别是VR的问世，更是对PPI提出了苛刻的要求，这就要求FMM必须突破高分辨率难题。然而以DNP为代表的蚀刻工艺，在其工艺本身来说就存在了不可逾越的宽厚比问题，要想获得更精细的开孔，没有别的办法，只能降低材料的厚度，当材料的厚度降低到20μm及以下的时候，各种问题接踵而至：降低厚度材料本身的均匀性问题、加工难度等。即使能够解决这一系列问题，也最多只能将开孔提升至25μm左右，这个开孔大小换算出来的物理PPI大约是338，要知道VR对显示屏的最低物理分辨率的需求也是440起步。

综上所述的两方面原因，产量需求及PPI的需求，使得越来越多的人和技术单位投入到FMM行业的研究中，先后有韩国、台湾地区、中国大陆都能找到可以配合生产FMM的企业和公司，由于技术和起步的原因这些公司的技术水平与可提供的产品也不尽相同。下表列出来一些众所周知的公司及其技术水平，仅供各位读者参考：

表1　全球主要FMM研发成果

四、FMM的发展趋势

随着越来越多的人力物力投入到FMM行业，各种技术也不断被发现。目前比较主流的有四大工艺：（1）蚀刻工艺，不断减薄基材的厚度，以期获得更精细的开孔；（2）电铸工艺，利用电铸工艺特点可以突破蚀刻工艺的瓶颈，开孔更精细，缺点是无法满足特定的蒸镀角以及与Invar匹配的物理特性；（3）蚀刻+激光复合材料，利用蚀刻Invar形成基材，在基材上覆PI材料，再利用激光工艺在PI表面形成精密开孔，以达到与FMM功能相同的效果。该方法可行性较好，但是设备要求过于苛刻，不适合产业化生产。（4）混合工艺，利用电铸+电铸或者电铸+蚀刻等混合工艺，其中电铸+蚀刻工艺无论是可行性还是产业化都具有独特的优越性，未来最有希望在这个工艺上突破高PPI难题。