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。
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多个方面数据显示,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+代产线+代产线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,具有高的附加价值和高技术壁垒的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FMM90%以上的市场占有率,包括韩国三星显示、LGDisplay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)一家公司生产,而且还不能大面积拼接。为了尽最大可能避免FMM在蒸镀期间变形,目前6代产线几乎已是FMM的极限尺寸。
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。
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,双方的合作内容有共同开发下一代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高质量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KimYong-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。
“无FMM光刻OLED路线的核心优点是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》记者正常采访时表示。
目前来看,被视为OLED第三条路线的“无FMM光刻技术”具备的潜在优势大多数表现在性能、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,经营成本低。
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,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,有必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的应用场景范围。”
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、清洁后才能进入到下一套工序,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,就是发光层是能够最终靠光刻工艺来实现的。
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,创造新兴事物的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。
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