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光刻路线,打通OLED全尺寸之门?

当前,在竞争日趋白热化的OLED领域,继传统FMM(精细金属掩模版)蒸镀和印刷显示之外,被视为OLED第三条路线的“无FMM光刻技术”正在成为让OLED显示界寄予厚望的新焦点。2023年以来,多家半导体显示企业宣布将使用半导体光刻工艺而非FMM的OLED技术。

那么,有望攻克传统OLED软肋的“光刻”路线,究竟能否为OLED显示开辟出一条极具未来前景的新航道?近日,多位业内专家向《中国电子报》记者指出,无FMM光刻OLED路线如果成功商业化,将有望进一步拓展OLED的应用领域,把OLED产业推向下一个阶段。

基于无精密金属掩膜板RGB自对位像素化技术的柔性OLED折叠屏

束缚OLED的“软肋”逐步浮现

目前,OLED显示技术势头正盛,尤其AMOLED已在小尺寸领域占据半壁江山。Omdia数据显示,2022年全球OLED面板市场规模为433亿美元,预计到2027年市场规模将达到577亿美元。但OLED要想在显示界“更上一层楼”,未来的重头戏会聚焦于中大尺寸方向,以抢占更大的市场空间。

“当前,AMOLED技术已经在6代产线和智能手机应用领域取得成功,但要从迭代技术成为主流技术,AMOLED还需要向其他应用领域扩展渗透。”中国光学光电子行业协会液晶分会常务副秘书长胡春明向《中国电子报》记者表示,中大尺寸的IT产品是下一步AMOLED技术合适的攻关方向,因为经济切割尺寸的需要,现有的6代产线需升级到8.5+代产线。8.5+代产线目前仍采用6代产线水平蒸镀的方式,但蒸镀设备十分昂贵,而垂直蒸镀的方式还有一些问题没有根本解决。

在OLED向更大尺寸和更高世代线的方向突破时,具有高附加值和高技术壁垒的FMM(即精细金属掩膜版)成为一道无法绕开的“壁垒”。

据了解,OLED面板量产的主流方法是真空蒸镀工艺,而FMM作为用于OLED核心蒸镀制程的消耗性核心材料,可解决蒸镀有机材料RGB三基色的微米级像素阵列涂布,直接决定了AMOLED显示屏的分辨率、显示效果、生产良率。FMM是中小尺寸柔性OLED生产中不可或缺的材料,也是形成高分辨率像素的必备零部件。

地位如此重要的FMM,却也成为绑在OLED生产企业头上的“紧箍咒”。需要指出的是,目前日本印刷株式会社(DNP)垄断了全球FMM 90%以上的市场份额,包括韩国三星显示、LG Display以及国内主要OLED面板厂商只能与日本DNP签署相关排他性协议。另外,制造FMM的关键材料Invar合金仅有日本日立金属(HitachiMetals)一家企业生产,而且还不能大面积拼接。为了避免FMM在蒸镀期间变形,目前6代产线几乎已是FMM的极限尺寸。

另辟蹊径,“光刻”路线一夜成名

在技术快速迭代的半导体显示领域,创新才是硬道理。当旧路线变成阻碍,新路线便会脱颖而出。

“蒸镀工艺所需要的FMM供给资源十分有限且容易受制于人,因此无需使用FMM的光刻路线日益受到一些面板厂的关注,并最终成为其战略选择。”胡春明说道。

OLED面板制造中用到的FMM精细金属掩模版

去年5月,日本显示器公司(JDI)突然宣布,公司开发出了使用无掩模沉积和光刻技术的OLED技术,并将其命名为“eLEAP”。JDI表示该技术不使用 FMM,但却可以更精确地对RGB像素进行图案化。同年8月,eLEAP样品被交付客户,并计划于2024年开始量产。今年4月,JDI宣布与中国面板企业惠科HKC签署战略联盟谅解备忘录,双方的合作内容包括共同开发下一代OLED技术。

实际上,无FMM光刻技术路线已经在OLED显示圈引起了不小震动,也受到了包括三星显示在内的多家企业关注。

今年5月,维信诺在2023世界超高清视频产业发展大会上全球首发了无精密金属掩膜板RGB自对位像素化技术(即维信诺ViP技术)。据悉,维信诺ViP技术具有无FMM、独立像素、高精度的特点,通过半导体光刻工艺,实现更精密的AMOLED像素。由于该方案在蒸镀制程中不需要FMM,使蒸镀制程和设备简单化,解决了FMM对显示屏尺寸、分辨率及其他屏体性能的限制,是超高性能、全域尺寸、敏捷交付的AMOLED量产升级方案。

“从产业界的消息来看,当前中日韩三国显示产业企业都在进行光刻OLED技术的研发。”维信诺研发总监肖一鸣向《中国电子报》记者表示,目前维信诺已完成ViP技术验证和量产工艺集成,正在合肥第六代 AMOLED量产线上增加投资,进行产业化,并于2024年上半年实现量产出货,随后公司将择机建设更高世代量产线。

在短短一年左右的时间里,无FMM 光刻路线在OLED显示圈开始“名声大噪”,这让走传统蒸镀FMM路线的玩家变得不再淡定。

今年6月初,韩国显示产业协会创新显示创新工艺项目组主任Kim Yong-seok在研讨会上指出,对通过半导体光刻工艺OLED 而不使用FMM 的技术应持谨慎态度,因为在今年的SID上,多家企业宣布使用半导体光刻工艺而不使用FMM的OLED技术。另外,有业界观点认为,如今韩国在OLED行业已经建立了基于FMM的像素结构专利壁垒,一旦光刻OLED技术商业化,行业可能会发生结构性转变,那么之前的专利壁垒或将消失。

未来能否成为OLED产业的“万能钥匙”?

“无FMM光刻OLED路线的核心优势在于使用半导体光刻工艺制备独立的、高密度的显示像素,该路线有望突破FMM制备过程中存在的显示亮度、密度的‘天花板’。利用该技术制备的AMOLED面板,可具有更高的分辨率和亮度,以及更好的色彩表现力。”赛迪智库集成电路研究所主任耿怡在接受《中国电子报》记者采访时表示。

目前来看,被视为OLED第三条路线的“无FMM光刻技术”具备的潜在优势主要体现在性能、应用和成本三个方面。在性能方面,该技术路线显著改善了OLED显示的峰值亮度、分辨率、寿命和功耗;在应用方面,突破了FMM对显示屏形状的限制,允许将屏幕设计为自由形状,可以覆盖从VR/AR微小尺寸到电视等超大尺寸的全应用领域;在成本方面,解决了FMM费用高、交期长、起订门槛高的痛点,拥有新的量产优势,运营成本低。

鉴于上述潜在优势,“光刻”路线将对OLED产业产生怎样的影响?

在肖一鸣看来,该技术将成为OLED产业应用扩大化的重要切入点,并推动AMOLED产业进入下一个阶段。可以说它是一把万能钥匙,能解决OLED显示从微小到中大尺寸的“堵点”技术问题,打开通路,实现新的突破和发展。

“如果光刻OLED技术产业化,将会加速OLED向中大尺寸应用渗透的进度。”不过,胡春明也向记者指出,目前无FMM光刻技术主要的不足是缺乏量产经验,需要进行必要的中试验证。

“该技术的前景令人兴奋,但是否会带来翻天覆地的变化,还有待观察。基于FMM路线生产的OLED显示面板已经大规模应用于智能手机、手表等领域,产线相对成熟,成本控制更具优势。”耿怡进一步解释道,该技术属于新兴技术,目前还未有产线投入量产,在量产实现过程中,生产效率、设备成本、良率提升、材料体系探索等方面还有待进一步观察。“无FMM光刻OLED路线商业化成功后,有望进一步扩展OLED的应用范围。”

但与此同时,也有业内人士向记者表示,对无FMM光刻技术持保守态度,它本质上还属于蒸镀工艺,最大的问题就是相当于把现行工艺延长了三倍,由此会带来各种工艺损耗,而良率也是一大挑战。

其中,针对日本JDI的eLEAP技术,就有供应商提到,如果按照这种制作流程,仍然还是采用镀膜工艺,几乎每制作一种颜色,就需要封装一次,并且对封装层进行抛光、清洁后才可以进入到下一套工序,这种频繁进出蒸镀机的工艺流程,对真正量产时的生产效率、产品良率、综合效益有何影响,仍有待评估。但至少,eLEAP给了行业一条较为清晰的工艺路线,就是发光层是可以通过光刻工艺来实现的。

谈及不同OLED技术路线的未来趋势,胡春明强调,中大尺寸OLED技术路线——包括蒸镀、无掩膜光刻和印刷都各有优缺点,关键是企业要做出自己的战略选择并有能力引领上下游通力合作,才能最终实现领先。

“无FMM光刻OLED路线将会是接下来一段时间的研究热点,随着更多的企业进入,该技术有望更加完善和成熟。总的来看,目前OLED产业的竞争格局仍将维持较长一段时间,创新能力的提升将是企业间竞争的焦点和关键。”耿怡向记者说道。

责任编辑:杨鹏岳


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