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垂直沉积方法:三星8.5代OLED还没找到路吗

来源:投影时代 更新日期:2021-09-30 作者:那山那水

    9月份,据THE ELEC报道,三星正在为其8.5代线OLED面板厂,寻求采用“垂直沉积方法”的OLED蒸镀工艺。

    作为全球第一大的OLED面板供应商,三星在OLED 6代线的沉积作业上应当拥有充分的经验和技术。即便如此,三星还是在8.5代OLED线上遇到了这一新的问题。这说明,大尺寸OLED蒸镀沉积工艺难度不小,且三星8.5代OLED线的量产,可能还需要更长时间的等待。

    重心下垂与水平沉积法制备

    外媒报道称,三星之所以要尝试垂直沉积法,是因为其发现在传统的、广泛使用的“水平沉积”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”。

垂直沉积方法:三星8.5代OLED还没找到路吗

    如果通俗的解释就是,FMM应该是一张很大、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”“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。

    为何是8.5代线出现“重心下垂”

    FMM板的应用具有极其漫长的历史。仅仅是在显示行业而言,这一历史就长达百年——包括CRT电视的荧光屏上的荧光粉像素区域的形成,都是使用这一“原始而生命力澎湃”的技术。

    同时,FMM板本身具有一定的厚度和刚性——不是随便一块板子,就会在水平方向出现不可接受的“重力形变”。但是,8.5代线上,FMM板的尺寸高达2200x2500mm,面积显著要比6 代(1500x1850mm)基板大很多。越大的平板,越容易出现水平姿态的重力变形。

    同时,6代线OLED面板主要面向中小尺寸切割需求;8.5代线很可能要兼顾15英寸到75英寸的切割尺寸。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蒸镀的像素颗粒也会更大,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”蒸镀方案的。即其蒸镀过程实际是切割之后的四分之一大小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,目前的韩国主流6代线已经克服“整体蒸镀技术”,在效率上获得大幅提升;LG的8.5代线也已经采用整幅蒸镀技术,获得了更高的生产效率,并能够采用混切等方式高效率的制造更大的大尺寸OLED面板。

    由此可见,在8.5代技术上,LG的蒸镀沉积工艺依然领先三星一些。这也是韩国企业在彩电等大尺寸显示下一代面板线上的“最”核心优势之一。

    解决重心下垂,垂直沉积法到底“好不好”

    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。这一点决定了OLED像素蒸镀沉积的成功率。

    对此,业内也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。

    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”。从设备和工艺流程体系看,LCD上的TFT中间品,与OLED显示的TFT中间品,是相同的“产品”。两种显示技术的区别就是“TFT玻璃基板中间层是液晶材料像素点,还是OLED材料像素点”。

    可以说OLED显示继承了LCD显示至少7成的成熟技术和设备。剩下部分的核心区别就在于蒸镀沉积环节。由此可见大尺寸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彩电面板必须面对的“核心性”问题。

    所以,三星面临的解决“FMM水平重心下垂问题”的探讨,对于我国本土OLED显示企业,尤其是致力于将蒸镀技术应用在大尺寸化显示领域的企业是具有相当“启发性”的。对于相关工艺、技术和材料的探索,有必要提前布局,形成自己的专利技术保护。

    蒸镀还是印刷,依然是OLED TV的大问题

    对于OLED显示中,OLED像素点的形成,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:1.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;2.蒸镀工艺OLED材料的浪费比更高的问题也得到了有效解决;3.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: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”——用行业内的比喻就是“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”:如果仅仅是采用半幅8.5代线蒸镀这种折中方案,8.5代线的OLED面板制造已经可以称为“比较成熟”的技术。

    但是,从效率角度考虑,就会出现三星这种,整幅8.5代线蒸镀,对抗FMM重心下垂,需要更好方案的问题。而未来,大尺寸电视占主角的市场,还需要OLED突破10.5/11代线制造——那么大的基板,整幅蒸镀显然FMM形变控制与蒸镀均匀性难度更高。

    综上所述,三星的“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。后者也可能是未来印刷OLED最大的优势所在。而如果大尺寸OLED不能建立制造效率优势,其在与液晶的竞争中就很难持续“讨好”。

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