睿诚科技协会

OLED关键制程技术FMM突破点在哪?

FMM技术是OLED蒸镀制程中的核心,它直接决定了OLED屏幕的分辨率、显示效果和生产成本,可以说,没有FMM,就没有今天高分辨率的OLED屏幕。

OLED关键制程技术FMM突破点在哪?-图1
(图片来源网络,侵删)

什么是FMM?它的作用是什么?

核心定义:

FMM,中文全称“精细金属掩模板”,也常被称为“金属荫罩”,它是一块由超高精密合金(如殷钢Invar,一种铁镍合金)制成的超薄金属板,厚度通常在20-50微米(μm)之间。

核心作用:

在OLED制造中,FMM扮演着类似于“高精度喷绘模具”的角色,它的主要作用是在真空蒸镀过程中,精确地控制红、绿、蓝三色有机发光材料的沉积位置

OLED关键制程技术FMM突破点在哪?-图2
(图片来源网络,侵删)
  • 没有FMM: 在真空腔室中,加热源(坩埚)会将有机材料蒸发成气态分子,这些分子会向四面八方均匀扩散,随机沉积到玻璃基板上,这样一来,红、绿、蓝三种颜色会严重混合,无法形成独立的像素点,也就无法形成图像。

  • 有了FMM: FMM被精确地放置在玻璃基板上方,与基板保持一个非常微小的间隙(约10-20微米),FMM上蚀刻有数百万个与像素点一一对应的、排列整齐的微孔(开口),当有机材料蒸气穿过这些微孔后,只能沉积在基板对应的区域,从而形成独立的、精确的红、绿、蓝子像素。


FMM如何工作?(蒸镀制程简述)

为了更好地理解FMM的重要性,我们简要一下OLED的蒸镀过程:

  1. 准备基板: 玻璃基板上已经制作好了TFT(薄膜晶体管)阵列,用于驱动每个像素。
  2. 放置FMM: 将制作好的FMM对准并放置在基板上方,形成精密的间隙。
  3. 多源蒸镀: 在真空腔室中,有多个分别装有红色、绿色、蓝色有机材料的蒸发源,腔室会分批次地抽真空,并分别加热不同颜色的蒸发源。
  4. 材料蒸镀: 当蒸镀红色材料时,腔室内的红色有机材料被加热蒸发,分子向上飘散,穿过FMM上对应的红色子像素开口,精准地沉积在基板的指定区域,真空腔室被破空,FMM和基板被移出。
  5. 旋转对位: 整个基板和FMM组件会旋转120度,对准下一个颜色的蒸镀源。
  6. 重复蒸镀: 重复步骤3-4,依次蒸镀绿色和蓝色材料。
  7. 完成: 经过RGB三次蒸镀,一个完整的OLED像素点阵列就形成了,后续再封装上偏光片、盖板等,就完成了一块OLED面板。

在这个过程中,FMM的精度直接决定了每个像素点的大小、形状和位置的准确性。

OLED关键制程技术FMM突破点在哪?-图3
(图片来源网络,侵删)

FMM技术面临的挑战与难点

FMM技术是OLED制造中公认的“卡脖子”技术之一,其制造难度极高,主要体现在以下几个方面:

材料选择与加工精度:

  • 材料要求苛刻: FMM材料必须在高温蒸镀环境下(约300°C)不变形、不热胀冷缩,殷钢因其极低的热膨胀系数而被广泛应用,但它质地坚硬,加工难度极大。
  • 极致的厚度均匀性: 整块模板的厚度必须高度均匀,否则在蒸镀过程中,不同区域的蒸镀速率会不一致,导致颜色亮度不均。
  • 纳米级孔洞加工: FMM上的微孔孔径通常只有5-15微米,而孔壁间距甚至小于5微米,要在几十微米厚的金属板上,加工出数百万个如此精密、边缘光滑、无毛刺的微孔,对光刻、蚀刻等工艺的要求达到了极限,任何微小的瑕疵都可能导致材料蒸镀时发生“桥连”(Pixel Bridge),使不同颜色混在一起,造成致命的显示缺陷。

精度与对位:

  • 对位精度: 在进行RGB三色蒸镀时,基板和FMM需要多次旋转和重新对位,每次对位的精度要求极高,误差必须控制在微米级别,否则,红、绿、蓝三个子像素无法完美重合,导致画面出现色彩偏差、分辨率下降或“纱窗效应”。
  • 张力控制: FMM本身非常薄,像一张“金属纸”,在移动和放置过程中,必须精确控制其张力,防止因受力不均而变形,否则蒸镀出的像素就会失真。

耐用性与寿命:

  • 在多次的基板装载、卸载、旋转过程中,FMM会与基板发生摩擦,这个过程被称为“接触式蒸镀”,容易导致FMM磨损或损坏,降低其使用寿命,增加了生产成本,行业内也在积极研发“非接触式蒸镀”技术,但这又带来了新的技术挑战。

FMM技术的未来发展方向

随着OLED向更高分辨率(如8K)、更大尺寸(如电视)和柔性化方向发展,FMM技术也在不断演进:

  1. 高精度化: 孔径越来越小,间距越来越窄,以支持PPI(每英寸像素数)超过1000的超高分辨率屏幕。
  2. 大型化: 对于大尺寸OLED电视,FMM的尺寸需要做到米级,同时还要保证整个大范围内的平整度和精度,难度呈指数级增长。
  3. 柔性化: 柔性OLED的蒸镀对FMM提出了新的要求,需要FMM本身也能适应一定的弯曲,或在非接触式蒸镀中保持稳定。
  4. 新材料与新工艺: 研发加工性能更好、成本更低的FMM材料,以及更先进的微纳加工技术(如激光加工),以提高良率和降低成本。
  5. 替代技术(后FMM时代): 为了从根本上解决FMM的瓶颈,业界正在积极研发下一代技术,如喷墨打印低温多晶硅氧化物,喷墨打印技术通过“按需打印”的方式直接将RGB材料涂覆在基板上,理论上可以绕开FMM,实现更高的材料利用率和柔性化生产,但目前在大尺寸、高分辨率面板上仍面临技术成熟度和良率的挑战。

FMM是OLED屏幕实现高分辨率、高色彩纯度的基石。 它就像一个高精度的“像素模具”,在真空蒸镀中为红、绿、蓝三色材料划定了精确的“领地”,其制造工艺极其复杂,涉及材料、精密加工、对位控制等多个领域的顶尖技术,是OLED产业链中技术壁垒最高、难度最大的环节之一,FMM技术的突破和替代技术的发展,将继续深刻影响整个显示产业的格局。

分享:
扫描分享到社交APP
上一篇
下一篇