|
“ 目前网络关于FMM的公开资料太少，而且非常零散。为了进一步了解FMM，不得已自己动手搜集了各种新闻报道，市场资料，专利文章，会议/期刊文献及相关书籍等，希望将这些零散的信息串联起来，尽可能去推测关于FMM的整体技术状况。 这种方法难免如盲人摸象以偏概全得出错误的结论。但技术的魅力不在于有人能够掌握绝对的真理，而在于不同的观点之间存在着讨论的空间。 本文只代表个人观点，请大家抱着批判的眼光去阅读，一如既往欢迎参与讨论。” 引言 正如下面这张柔性工厂的layout图中所标示出来的那样，从Array工厂投入到OLED厂的LTPS背板，首先被切割成更小尺寸的基板，然后依次经过EV，TFE（EN）和Laminator制程，才最终制造出薄如蝉翼的柔性AMOLED屏幕。 而这个流程所经过的每一步骤，都涉及到运用了大量先进技术的的制程设备，对于工艺的调试也极具挑战，  ▲柔性AMOLED工厂工艺流程示例 看起来这些设备是专门为FMM或Mask服务的。那什么是FMM？FMM是如何制造和使用的呢？ 今天就让我们来对AMOLED工厂的FMM做一个比较详细的了解。 01 — FMM简介 我们知道，小分子OLED的有机膜层是通过蒸镀的方式沉积的。为了形成红，绿，蓝三种不同的像素，RGB发光层需要精确沉积到对应的像素上。 但这里存在着一个问题：与无机或金属膜层不一样，OLED材料对水汽非常敏感，没有办法通过传统光刻制程来实现图案化。 那么，要实现分别沉积RGB图形，应该怎么办呢？ 在目前OLED量产线的蒸镀设备中，采用了FMM来实现RGB像素发光层的分别沉积。 FMM是Fine Metal Mask的简称，中文名称为精细金属掩模版，它是一层薄薄的金属，上面布满了密密麻麻的孔洞，OLED材料就是在蒸镀过程中通过孔洞形成图案。 如下图所示，在蒸镀的时候，将FMM贴紧LTPS背板，将FMM上的孔洞对准需要蒸镀有机层的像素区，就可以在指定的像素区上沉积有机薄膜。
▲RGB通过FMM分别蒸镀 OLED像素图形的蒸镀过程中，需要实现微米级别的尺寸及位置精度，除了后续我们谈到的FMM材料选用、FMM精密制造、FMM张网等技术，其在蒸镀腔室的安装方式也极其重要。 在蒸镀的过程中，LTPS背板必须与FMM进行准确的对位，然后紧密贴合在一起。任何对位的偏差，或FMM与背板贴合不紧密，都可能造成蒸镀图形的位置或形状偏差，造成混色的不良。 在蒸镀腔室中，是利用磁铁阵列对FMM的磁力吸附，使薄薄的一层FMM与基板之间贴合紧密。 如下图所示，在磁铁阵列下是一块冷却板，玻璃进入蒸镀腔室后被压贴在冷却板上，磁铁阵列的磁力通过冷却板和玻璃作用在FMM上，从而使FMM与玻璃贴合紧密。 冷却板的作用是冷却玻璃及FMM，保证工艺过程中玻璃基板和FMM的温度处于较低的水平，从而避免因为温度上升造成的不良。 从网上得到的信息显示，目前Tokki采用的是无水冷却的方式，而其他大部分厂商是采用通冷却水的方式。采用冷却水的方式的好处是可以保证蒸镀过程中Mask的温度上升不超过5℃，从而减小了FMM和玻璃基板的形变，但不利的一点是这种冷却板的厚度会增加，从而削弱了作用于FMM的磁场强度。
▲基板与FMM的贴合 如下图为蒸镀设备上的磁铁供应商给出的一张磁铁阵列示意图，磁场在空间的分布并不是均匀的，因此其作用于FMM不同位置上的磁力大小也是有差异的，这可能对FMM与玻璃的贴合有所影响。 来自OLED显示屏制造商的工程师也在SID的论文中提到OLED蒸镀设备磁铁阵列的设计对FMM形变的影响。因此，如果有人对这一点感兴趣，可以花时间仔细研究一下。
▲磁铁阵列示意 一般来说，FMM厂商制造出来的FMM的最初尺寸，与需要蒸镀的背板尺寸并不相同。从下面的图片可以看到生产出来的FMM为呈长方形的薄片状，每一片对应着一列的显示屏。
▲FMM图片 为什么不是一整块的FMM呢？可能的原因有如下几个方面：
正是因为FMM为长条形的结构，所以要想对整片玻璃都能进行蒸镀，需要将这些FMM拼接起来，这个过程就是FMM的张网。 完成张网后的Mask，其结构如下图所示，包括了Frame，Fine Mask，Side Mask， Howling Mask和Cover Mask等部分。
▲张网示意图 严格意义上讲，OLED蒸镀中所用到的蒸镀Mask并不仅仅是FMM，对于一些共通膜层，比如HIL，HTL，EIL，ETL等有机层，往往不需要按照像素的图形进行沉积，这种Mask称为OM（Open Mask)，或称为CMM。相对于FMM而言，OM的制造难度要低很多，在本文中我们主要讨论FMM的制造技术。
▲Open Mask 02 — FMM的基本规格 如前面所述，通过FMM能够实现RGB像素的分别蒸镀，但是FMM本身却并不容易制作。 第一，在蒸镀工艺过程中，FMM需要处于高温的环境，这就对材料的热膨胀系数提出了严苛的要求。 如果材料在高温下膨胀太大，将造成像素尺寸和位置的变化。因此，目前的解决方案是采用极低热膨胀系数Invar合金来制作，我们将在后面对Invar合金进行专门介绍。 第二，要实现高分辨率显示屏的蒸镀，FMM的厚度必须非常的薄。 如下图所示，在蒸镀过程中，FMM像素开口处存在着Shadow区域。为了减小Shadow区域的面积，像素开口处的taper角需要做到≥45°。 在保证taper角的情况下，如果要提高PPI，要么进一步降低像素的面积（L2），要么减薄FMM的厚度。这两种方法都可以使如下图中的L1的尺寸降低，从而使得FMM的单位长度上能够排布更多的像素。
但实际上，降低像素的面积即缩小FMM的像素开口在实际工艺中存在着困难。这是因为目前是采用化学刻蚀的方法来制造FMM，化学药液在刻蚀的时候表现为各向同性，因此开口尺寸较小时倾向于刻蚀出圆形的开口，对像素的形状控制难度较大。并且要保证发光像素区OLED材料的寿命以及发光的效率，FMM的开口尺寸必须维持一定的面积。 而降低FMM的厚度也存在着困难，理论上要实现分辨率大于或等于4K的显示屏，FMM的厚度必须要低于15μm。如果采用化学刻蚀的方法，Invar合金箔的制造，FMM加工和后期的张网等过程都存在着难以克服的技术难点。 因此为了提高FMM的分辨率，业界也提出了电铸，激光加工等方法。 第三，在如此薄的Invar合金箔上进行像素级精度的加工，像素孔的尺寸，形状和位置都必须保持精确，这对加工技术是一种挑战。而且，即使Invar合金具有极低的热膨胀系数，但是对其在高温下的形变仍然不可以忽视。 既然FMM的制造及其困难，那下面我们首先来看一看FMM通常需要满足的一些技术规格。 根据SID2019上一篇关于FMM的文献，如下表所示FMM有四个重要的尺寸参数，分别是开孔尺寸精确度，开孔锥角（Taper Angle），Total Pitch和像素位置精准度（PPA）。
▲FMM规格定义 上图（a）给出了FMM的孔洞的开孔尺寸和Taper角，这里需要注意，和本文前面提到的Taper角不同，这里FMM开孔面积较大的一面（即靠近蒸发源的一面）朝上，因此Taper角的定义稍有差异。 上图（b）给出了Total Pitch的定义，Total Pitch指FMM条从一端到另一段的长度。这个长度在加工过程中必须严格加以控制，但是目前量产的FMM采用Invar合金箔条制成，如下图所示这种材料本身会产生波纹，因此要精确控制Total Pitch是相当困难的。 上图（c）给出了PPA（Pixel Position Accuracy）的定义，当FMM与玻璃贴合时，FMM像素开孔位置与玻璃基板上实际的像素位置之间的差异。可以看出PPA虽然和TFT阵列基板上的像素位置有关，但由于TFT制程的位置控制得更加精确，因此PPA实际与像素开孔在蒸镀时的位置有关，这和FMM制造过程的位置准确度、张网过程和制程温度、磁力等条件都有关系。
▲Invar合金箔波纹 如前面所述，严苛的规格控制和OLED蒸镀条件给FMM的材料选择、制造过程及使用方法提出了巨大的挑战，在后续我们将就这些挑战做进一步的讨论。
|
|
|
来自： SAMadu0skmu7h7 > 《OLED技术相关》
