一文解析8.5代OLED蒸镀技术

一文解析8.5代OLED蒸镀技术

　　产业咨询公司都有信息在说，三星显示和LG显示着手8代蒸镀机开发，将研究新一代IT用8.5代OLED蒸镀技术（IT用OLED是指适用于平板电脑和笔记本电脑等IT产品的OLED）。

　　SDC是联手日本ULVAC进行8.5代蒸镀机开发，LGD则是联手韩国Sunic system进行开发，而日本DNP也已着手8.5代FMM（Fine Metal Mask）的开发。

　　SDC为中小尺寸OLED市占率第一的公司，而DNP是独供其FMM的厂家，LGD也是中小尺寸OLED主流生产商。

　　而这些引领全球中小尺寸OLED产业的厂家着手8.5代OLED开发，意味着其商用逐渐可视化。

　　此趋势主要来自于中小尺寸OLED市场的扩大。

　　此前中小尺寸OLED的增长主要来自于手机应用，但随着手机市场逐渐趋于饱和，手机市场的OLED渗透率逐步扩大。

　　面板业界将目光转向了平板和笔记本电脑市场。

　　平板和笔记本电脑现主要以LCD为主力，尺寸在10~17英寸，有望成为超越手机应用的更大市场。

　　但关键在于量产能力和价格。

　　虽OLED在色域、应答速度、设计等方面比LCD更具优势，但良率和价格是个大缺点。

　　为了更具竞争力的价格，需要切换到8代以上线实现大批量供应。

　　8.5代线玻璃基板大小为2200*2500mm，而6代线是1500*1850mm。

　　基板越大，一次可制造出的面板数量就越多，可节省制造时间和成本。

　　业界推测8.5代OLED面板量产约在2023~2024年，截至今年完成8代OLED制造设备和材料后，2023年开始正式跨入量产。

　　8.5代OLED转换对标的是平板、笔记本电脑和显示器等IT产品应用，将会加速LCD市场萎缩和OLED市场扩大。

　　大世代的蒸镀方案花落哪家？

　　迄今为止，OLED智能手机等主要使用第6代（1500x1850mm）半切式（G6H）水平蒸镀技术。

　　因此，虽然有观点认为8.5代全切式垂直蒸镀机在经济性方面会更好，但在设备开发方面并不容易。

　　但为了应对不确定性，水平蒸镀技术也很有可能同时开发。

      根据韩媒Thelec报道，三星显示最近要求日本Canon Tokki确保开发2台IT用8.5代OLED半切（G8.5H）水平方式蒸镀机所需的Slot。（Slot是在签订购买意向书 （LOI）和正式订单 （PO） 之前的口头请求）

　　业界也对三星显示的“确保Slot”要求表示：“这意味着将研究IT用8.5代OLED蒸镀技术。”

　　“另据报道，Canon Tokki一直在正式订货时进行开发和供应设备的立场，而不是与三星显示共同开发蒸镀机。因为，如果全球蒸镀机第一大厂商Canon Tokki与三星显示共同开发设备的话，今后向其他面板厂商销售设备时，合同内容中可能会包含成为绊脚石的条款。Canon Tokki如果想向LG显示以及京东方等中国面板厂商销售8.5代OLED蒸镀机，最好不受特定面板厂商的约束。”

　　水平蒸镀的痛点：重心下垂

　　三星之所以要尝试垂直蒸镀，是因为其发现在传统的、广泛使用的“水平蒸镀”作业方法中，8.5代线上高精度精细金属掩模（FMM）出现了不可接受的“重心下垂”。

　　如果通俗的解释就是，FMM是一张很大、拥有数千万到数亿（如果面向大量中小尺寸8K屏幕，可能高达十亿）量级网眼的超精细、高精度、高平整度、高清洁度的“金属网”。

　　而这样一张FMM网，在8.5代线这么大的长宽尺度上，水平放置，由于重力的影响，产生了“平整度问题”，即出现了中心点附近的弧度弯曲。

　　FMM在OLED面板制造过程中的价值主要是“形成像素点”、“保持像素点分辨率PPI”、“保证像素点的良率”。

　　其中，良率指标主要包括“沉积性状的完整”。而沉积性状中，最大的问题是“厚度均匀性”。

　　一旦，FMM板出现重力变形，显然整张玻璃基板上的OLED蒸镀沉积厚度和性状就会出现“不一致”的现象。

　　如果FMM从水平位置变成垂直位置，这种“超薄平板中心凹陷”的重力效应就基本会消失——但是，媒体报道也指出“业内没有垂直沉积的经验可循”。

　　垂直沉积方式，是不是面临更多的材料、设备和OLED凝华力学变化等诸多方面的新问题，值得进一步观察。

　　为什么会出现“重心下垂”

　　6代线OLED面板主要面向中小尺寸（目前已有的产品在16寸以下）切割需求；而8.5代线很可能要兼顾15英寸到75英寸的切割尺寸。

　　从LCD液晶面板到OLED面板的升级过程看，行业面临的核心技术就是“均匀的、高可靠的OLED像素沉积”。

　　无论像素PPI是多少，基板尺寸多大，FMM的首要的应用流程需求就是“高度光洁平整”，这一点是不可回避的问题。

　　而这一点决定了OLED像素蒸镀沉积的成功率。

　　在更多面向大尺寸切割的时候，FMM对应于最终产品切割边角料部分的“非像素孔隙”的具有更强支撑力结构的部分占比就会减少。

　　同时，在大尺寸应用中，OLED蒸镀的像素开口也会更大，FMM板每一个网眼的跨度也会增加。

　　这些因素进一步导致8.5代线上OLED蒸镀用FMM在水平方向上可能出现的重力变形概率增加。

　　但是，困难再多，都不如“实践”来的最直接：即已经实现8.5代线量产OLED大尺寸面板的LG是怎么做沉积过程的呢？

　　早期时候，LG的8.5代线是采用“四分之一“蒸镀方案（G8.5Q）的：即其蒸镀过程实际是切割之后的1/4大小8.5代线玻璃基板。

　　甚至最早的4.5代线OLED面板线，为了降低蒸镀沉积工艺难度，都用过四分之一、二分之一切割后蒸镀沉积的方案。

　　但是，目前业界主流6代线已经采用”二分之一“蒸镀方案（G6H），在效率上获得大幅提升。

　　不过，业内也还有多种技术方案探讨。

　　比如，最直接的是增加FMM基板自身的“刚性”；再例如，蒸镀平台增加对抗重力形变的“预应力、预结构”等调节技术。

　　而三星尝试的“垂直蒸镀沉积”则是一项可能在成本上最友好的“优化流程”方案。

　　毕竟如果转换一个方向就能解决问题，而又不带来新问题，比增加FMM刚性或者增加其它技术手段，要直接和简洁的多。

　　在大尺寸OLED面板线建设中，三星的“FMM重心下垂”问题，其实是一个下一代OLED面板必须面对的“核心性”问题。

　　解决重心下垂，垂直沉积法到底好不好？

　　与半切式水平蒸镀机相比，全切式垂直蒸镀机可以减轻 FMM 中心区域因重量而下垂的现象，因为将R/G/B OLED 有机物蒸镀所需的精细金属掩模版 （FMM） 垂直于地面。

　　此外，全切式垂直蒸镀在薄膜晶体管（TFT）工艺后，基板未进行半切的状态下蒸镀有机物，使整个过程可以缩短。 但是垂直蒸镀的量产性尚未得到验证。

　　多年来一直从事蒸镀设备研究韩国业界相关人士称“垂直蒸镀方式很久以来就被判定为是不能实现批量生产的技术”，并称“美国设备厂商Applied Materials在几年前几乎无偿地将垂直蒸镀设备转让给了JDI。

　　但是我在2019年的新闻中看到，JDI在2019年2季度业绩发布中，首次公布了OLED量产，称“作为全球首个垂直蒸镀方式，本月将开始正式量产。”

　　该技术采用韩国KPS的Mask拉伸机和PIMS的Open Mask（OMM）以及6代（1500mm x 1850mm） Half Cut的蒸镀方式。JDI称“垂直方式蒸镀设备相比目前的水平方式蒸镀设备，设备所占面积减少30%。”如有行业信息全面的研究员，是否可以留言该信息的确定性？

　　在垂直蒸镀中，需要更高的温度才能将气化的有机物输送到一边，然后蒸镀在玻璃基板上。

　　当热量过多时，有机物特性可能会发生变化。

　　另外，确保重复蒸镀2米以上的8.5代玻璃基板的蒸镀工艺，并在无损伤的情况下移动的物流技术也并非易事。

　　虽然三星显示向佳能Tokki邀请确保8.5代半切式水平蒸镀Slot，但据悉，在公司内部，开发8.5代全切式垂直蒸镀机仍是首选。

　　Ulvac正在去年在三星显示工厂附近确保的研究开发空间内，开发垂直式蒸镀机。

　　蒸镀还是印刷？

　　对于OLED发光像素点的形成工艺，除了传统的真空蒸镀沉积工艺外，近10年来，业内也在探索采用印刷技术工艺，例如激光热转印、喷墨印刷、卷对卷印刷等技术的“像素形成方案”。理论角度看，印刷OLED显示的主要优势很明确：

　　OLED大尺寸蒸镀的困难被绕过去，而印刷行业从来不畏惧大尺寸化生产；

　　蒸镀工艺OLED材料的浪费比更高的问题也得到了有效解决；

　　相比蒸镀工艺，任何可能的印刷工艺都具有更短的流程、更快的速度。

　　当然，印刷工艺也面临一些独有的问题：最首要的是OLED油墨的配方问题。

　　印刷过程中OLED必然涉及到油墨、墨水化，尤其是现在主流的喷墨印刷技术，更是必须采用OLED油墨化材料配方。

　　而在OLED显示工作时，这些配方添加物，必然要求绝大部分“自然蒸发掉”，“只剩下墨，而没有油（水）的残留”。

　　目前行业还缺乏高效率、低成本、高可靠性的油墨配方。

　　另一方面，印刷设备的研发，尤其是高精度印刷过程的控制和“喷墨印刷喷嘴”的精度与寿命问题，也是重要的难点。

　　这方面，行业的技术积累也有待进一步提高。

　　而目前，OLED显示行业投资蒸镀产品线占据主导的原因就在于“4.5-6代线上，蒸镀OLED技术已经高度成熟和普及”。

　　但是，从效率角度考虑，就会出现这种四分之一or二分之一8.5代线蒸镀，对抗FMM重心下垂，需要更好方案的问题。

　　综上所述，“垂直蒸镀”其体现的是OLED大尺寸化制造走向普及过程中，必须考虑的“效率优先”问题。

　　这也可能是未来印刷OLED最大的优势所在。