安博体育官网登陆入口.显示装备之殇—— OLED蒸渡端设备深度研究(下)
发布时间:2024-05-15 07:24:33 来源:安博体育官网登陆 作者:安博体育官网
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  在AMOLED制程工艺中,有机半导体材料镀膜是最关键的制程之一。目前,唯一量产的有机发光二极管(OLED)成膜技术是真空蒸镀与金属掩模板(Metal Mask)相结合的方法。

  与蒸镀系统配合的掩膜版(Mask)是决定蒸镀系统性能的关键。OLED蒸镀用掩模板(Mask)主要分为开口掩模板(Open Mask)和精细金属掩膜版(Fine Metal Mask)。开口掩模板(Open Mask)用于形成通用层(Common layer)的蒸镀腔体;精细金属掩膜版(FMM)的主要作用是在OLED生产过程中沉积RGB有机物质并形成像素,准确和精细地沉淀有机物质,提高分辨率和良率。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。

  从FMM开孔形状来看,根据FMM的开孔形状的不同,FMM 可以进一步细分为插槽型和狭缝型,狭缝型FMM工艺容易做到小开口尺寸,但是其受其物理强度极低的影响,其屏幕尺寸受到限制,不能制作成大尺寸屏幕,同时将导致掩膜版的使用寿命大大缩短,生产成本增加。

  蚀刻法:主要是通过蚀刻Invar Sheet的方式制作。现阶段主要的OLED面板FMM供应商,DNP(大日本印刷)、凸版印刷(Toppan Printing)和达运等均采用蚀刻技术。该方法制作出的FMM在现阶段最薄可以做到20μm左右并达到WQHD(分辨率2560*1440的高清屏幕)级别分辨率。流程如下:

  电铸法:通过该方法制作出的FMM厚度很薄。采用该方法的厂家主要有日本Athene与Hitachi Maxell。这两家公司已经将板厚控制到约5μm,并正在研发WQHD(分辨率2560*1440)分辨率级别的FMM产品。流程如下:

  多重材料复合法——主要采用树脂和金属材料混合以制作FMM以应对热膨胀,V-Technology目前具有做到厚度为5μm,且成膜精度位置为2μm FMM的能力(向1μm发展)。

  虽然Hitachi Maxell与V-Technology分别采用电铸和多重材料复合方式对QHD(分辨率960*540)分辨率以上的FMM有进行研究,但是其产品还未进入量产和厂商验证阶段。

  蒸镀过程中有机材料释放热量,使FMM和玻璃温度升高。FMM制作材料一般选用金属材料。为降低蒸镀过程中FMM的热膨胀效应,frame,cover,support,align stick,fine stick倾向于选用热膨胀系数较小的材料。比如常用的Invar36,称为不变钢。

  Frame:一般厚度及尺寸根据蒸镀机的规格要求制作,普遍厚度为30mm。材质采用Invar36。由于涉及到张网时焊接原因,Frame加工对平坦度要求比较高,一般要达到50um以内。

  Cover,Support:一般采用30um~100um厚度的Invar36或者SUS304制作。如果选用Invar36,则是利用Invar热膨胀系数小的优势,能保证蒸镀过程中MASK形变小。如果采用SUS304,则是利用SUS材质不导磁的特点,在蒸镀过程中减少FMM wrinkle 的产生。

  Fine stick:Fine stick是FMM中最复杂,也是技术要求最高的部分。目前比较主流的有四大制作工艺,即蚀刻工艺、电铸工艺、蚀刻+激光复合材料、混合工艺(电铸+电铸或电铸+蚀刻),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。

  蒸镀过程中有机材料释放热量,使FMM和玻璃温度升高。FMM热膨胀后变长,与玻璃之间形成缝隙,不利于蒸镀材料的规则沉积。因此要给FMM一定的预张力。与此对应,fine stick 在制作时,要设计一定的收缩率η。

  定义η=(设计尺寸-实际尺寸)/ 设计尺寸*100%,假设FMM的热膨胀系数为α,对于长度为 l 的FMM,在温度升高△T时,即设计收缩率必须满足η≥α△T 。

  按Invar36平均热膨胀系数1.6×10-6算,可得出蒸镀不同温升的fine stick最小收缩率,如下表所示。

  目前消费者越来越关注屏幕的PPI(像素密度),尤其是VR的面世更是对PPI(像素密度)提出了严苛的要求,意味着FMM必须突破高分辨率难题。然而以DNP(大日本印刷)为代表的的蚀刻工艺,本身就存在不可逾越的宽厚比的问题,增加精细的开孔意味着更薄的材料厚度,然而材料厚度的降低会导致各种各样的问题,例如加工难度、材料本身均匀性的问题。蚀刻工艺理论上的最小开口为25μm,与VR显示屏最低物理分辨率的要求仍然存在距离。

  但是从现阶段的FMM形成的产业链来看,上游材料INVAR(10~20μm厚)只有日立金属可以生产,而中游主要是日韩和中国地区,中国并没有能够量产FMM的公司,但是中国却是需求量最大的市场。

  在2018年以前,由于日立跟DNP(大日本印刷)是合作,而DNP(大日本印刷)与三星是签署了垄断性合约(提供10~20μm厚的FMM)。到了2018年三星跟DNP(大日本印刷)垄断合约到期,这也才有了DNP(大日本印刷)已经与BOE(京东方)达成协议, DNP(大日本印刷)会逐步向BOE(京东方) 提供WQHD 级手机用的FMM(约30μm厚)。

  DNP(大日本印刷)与TOPPAN(日本凸版印刷)有限的产能无法满足众多面板制造商的需求,庞大的市场促使上游材料企业积极参与。2018年联创光电投资10亿元的FMM生产项目落户南昌市赣江新区,投产后有望打破FMM依赖进口的局面,推动国内OLED显示技术的发展。

  高端平面金属丝网,应用于高精密丝网印刷,材质为镍、镍合金,尺寸精度±0.002mm,位置精度±0.020mm,厚度0.010mm~0.050mm,最大尺寸500mm×700mm。

  电铸3D模板:用于SMT印刷,材质为Ni、Ni Alloy,尺寸精度±0.005mm,位置精度±0.030mm,最大阶梯度90°,最大阶梯高度3.000mm。

  VCM(音圈马达/音圈电机)弹片:用于实现摄像头的自动对焦及光学变焦,为目前绝大多数手机所使用。

  可穿戴电子设备柔性导电器件:柔性导电器件,实现了无需充电,无需线缆或部件即可开始输入,完成电能和数据的双向传输,可大规模应用在智能穿戴终端产品中

  沉积掩模是在TFT基板上形成有机材料的掩模,并且是OLED制造的基本组件之一。因此,预计从中长期来看,OLED沉积掩模的市场将会增长。自2012年以来,公司一直在进行专有沉积掩模(精细混合掩模,FHM)的研发,然后我们于2017年12月在山形县米泽市成立了VET,以制造和开发FHM。资本投资约50亿日元,并计划在山形县和米泽市的支持下于2019年开始量产。

  FHM(精细混合面膜)是适用于OLED制造的下一代沉积掩模,既轻巧又薄,同时保持使用金属和树脂的混合结构的强度。FHM在TFT上精确形成OLED材料的沉积。

  2019年8月,我们收购了NSS作为全资子公司,该公司在半导体晶圆检查和无掩模曝光方面拥有卓越的技术和成就,以促进我们与半导体相关的业务的增长。

  1)无掩模光刻技术。该系统(DL-1000)利用远心光学照明系统和数字微镜设备(DMD)来根据需要立即在PC屏幕上设计的图案数据的光刻胶上曝光,而无需使用光掩膜。与单独的光路观察系统相比,这可以轻松,准确地进行重叠对准。DL-1000是DMD作为高分辨率图形发生器,具有超快的反射镜切换速度,能够轻松,快速地对微结构进行图形化。DL-1000配有CCD摄像机,能够与曝光光路同轴地观察基材。与单独的光路观察系统相比更准确。

  通过同轴观察系统TTL(Through The Lens)同时观察表面图案和曝光图案,并使用我们自己的图像处理技术进行高精度覆盖;

  2)半导体Mask Writer。Mask Writer具有独特的“免消耗”设计,非常适合先进技术节点中的第二层PSM光掩模图案形成以及移动,物联网(IoT)或汽车应用中的二进制光掩模图案形成,能够大幅度降低生产成本。

  解析度原始开发的无畸变光学器件使我们的Mask Writer能够执行500nm或更高的光学分辨率,同时满足高速和高精度要求;

  独特的“耗材免费”设计使用户可以大大降低生产成本。无需更换光源,镜头,反光镜等,这不仅节省了零件费,而且还节省了许护(服务)费,并且由于停机时间短,因此多年来仍能保持较高的运行时间;

  随着5G的出现和物联网的发展,FPD(平板显示器)有望在未来发展为各种类型的面板。公司提供各种制造设备,将最好的光机电一体化,以满足客户的各种需求。

  1)大型玻璃基板曝光设备“ RZ”。“ RZ”是构成彩色滤光片(CF)工艺核心的曝光设备,在FPD(平板显示器)生产中很重要。作为兼容大屏幕FPD的近接型曝光设备,它在全球占有最大的市场份额。

  2)卷对卷曝光设备“ DZ”。DZ“是为曝光而优化的接触曝光设备,例如用于OLED的沉积掩模。它支持垂直传送和水平传送的曝。