精细金属掩膜(FMM)、精细光掩膜(FPM)与喷墨打印(IJP) OLED 工艺对比分析

FMM vs. FPM vs. IJP OLED

在 OLED 面板制造中，将 OLED 材料蒸镀或沉积到显示阵列背板上是关键工艺之一。自问世以来，精细金属掩膜（FMM）方法已经成为该蒸镀工艺的主流技术。在 FMM 工艺中，通过在蒸镀腔内蒸发 OLED 材料，并利用精确制作的 FMM 掩膜描绘子像素图案，将 OLED 图案有效转移到背板上。

目前，FMM OLED 工艺是唯一成熟并实现量产的方法，但其存在以下缺点：

• FMM 掩膜成本高，且 OLED 材料利用率低

• 新面板设计与开发周期长

• 蒸镀及清腔过程中会产生化学残留

• OLED 像素开口率低

基于上述问题，一些厂商开始研发替代性 OLED 沉积工艺，主要包括 FPM 和 IJP。日本显示公司（JDI）在其 eLEAP OLED 技术中采用了 FPM 工艺，而 JOLED 的 IJP OLED 技术则是喷墨打印的代表。

FPM OLED 工艺采用传统光刻法将 OLED 材料沉积到基板上；而 IJP OLED 工艺则使用专门研发的喷墨打印机以及特殊的可溶性发光材料，将 OLED 元件直接打印到 TFT 阵列基板的像素图案上。

FPM 和 IJP 技术最初由 JDI 和 JOLED 等日本面板厂商研发，但在 JDI 与 JOLED 停止投入后，中国面板厂商如维信诺（Visionox）和华星光电（China Star）开始通过研发探索这些技术。维信诺开发了自有的 Visionox Intelligent Pixelization（ViP）技术，与 JDI eLEAP 类似，但已扩展至 8.6 代线。华星光电则收购了 JOLED 的 IJP OLED 产线，将设备迁至武汉 T5 6 代 LTPS 工厂进行试产, 并开始计划Gen8.6 OLED。

维信诺与华星光电均计划投资新建 8.6 代（2290×2620mm）OLED 产线。维信诺将在未来的 V5 8.6 代厂中采用 ViP 技术生产 IT OLED 面板；华星光电则将在新建的 T8 8.6 代厂中采用 IJP 技术，生产笔记本、平板及智能移动设备用 OLED 面板。与此同时，LG Display 与三星显示也在探索采用FPM工艺生产面板。

图 1 展示了在8.6代（2290×2620mm）条件下，FMM、FPM和IJP OLED工艺的一般对比

• 材料利用率
  
  IJP OLED 技术在 OLED 材料利用效率方面最高，可最大限度减少浪费，其次是 FPM 技术。相比之下，传统 FMM 方法的 OLED 材料利用率仅处于一般水平，这也是其制造成本较高的原因之一。
  
  

• 材料性能
  
  不同制造方法对 OLED 材料的性能表现存在差异。传统 FMM 蒸鍍技术可实现最佳的 OLED 材料性能，FPM 的表现也较为理想。但 IJP 工艺使用的可溶性 OLED 材料在寿命和亮度效率方面仍面临挑战。华星光电正积极与国内 OLED 材料厂商合作解决这些问题，但成果尚未完全验证量产。
  
  

• 开口率与亮度效率
  
  FPM 具备最佳开口率，理论上像素开口率可达 60–70%；受设计与结构限制，FMM 的开口率最低，仅约 30%；IJP 也可达到最高约 60%。

  开口率越高，OLED 材料可提供的亮度与色彩显示能力越强，因此 FPM 在亮度效率上更优，有望降低功耗。FMM 的亮度效率处于中等水平，而 IJP 的亮度效率仍有提升空间，尤其受可溶性材料特性影响。
  
  

• 制造挑战
  
  FMM：主要问题是金属掩膜和玻璃基板的下垂(Sagging)，以及对位精度不足。
  
  FPM：FPM OLED 工艺设备的主要开发商是应用材料公司（Applied Materials），且其掌握大量相关专利（IP），这意味着面板厂商在设备供应商选择上会面临局限。设备及售后维护成本是重要的运营支出。尽管 FPM 工艺有可能降低面板生产成本，但其干法刻蚀良率存在挑战，需要在 TFT 阵列背板上进行特殊的干法刻蚀来实现 OLED 光刻，这可能影响预期的成本节省。
  
  IJP：受限于可溶性 OLED 材料的供应及喷头精度，这会影响面板分辨率。华星光电计划自行研发 IJP OLED 设备与材料，但供应链将因此受限。
  
  

• 多尺寸混切 (MMG)
  
  FPM OLED 在多尺寸混切上具有显著优势，其工艺与 TFT LCD 光刻相似。而FMM技术无法支持MMG，因此只能生产在Gen 8.6基板上实现最高玻璃基板利用率的产品，灵活性较低。MMG技术可在相同产能下生产多种尺寸面板；FMM在更改面板尺寸时需要更换整套设备、模组与掩膜，生产灵活性大幅降低。理论上 IJP 也可支持MMG。
  
  

• 产品开发周期
  
  FMM 的产品开发周期较长，每推出新尺寸或分辨率的面板都需重新制作一套掩膜，任何设计变更也需更换掩膜。金属掩膜市场过去主要由 DNP 和凸版印刷垄断，但近年韩国与中国出现了多家本地供应商，价格有所下降。相比之下，FPM 与 IJP 在新面板开发周期上都更短。
  
  

• 制造成本潜力
  
  理论上，IJP OLED 工艺因其高材料利用率与高产能，有潜力实现最低的 OLED 面板制造成本，FPM 工艺紧随其后。但需注意，IJP 和 FPM OLED 工艺目前均未实现大量量产。

FMM、FPM与IJP的指标比较

表 1 对三种OLED制造技术的关键指标进行了比较

表 1：按制造技术划分的OLED对比

Omdia分析如下：

• 图像质量
  FMM 提供基准水平的图像质量，FPM 理论上可凭借较高的开口率和出色的亮度效率实现更高的画质。
  
  

• 主要优势
  FMM 工艺最为成熟，目前已覆盖从 6 代到 8.6 代 OLED。FPM 拥有高开口率并可消除横向漏光，但尚未进入 6 代量产，直接跨越到 8.6 代存在挑战。IJP 具备高开口率和低成本等优势。

• 开口率
  FMM 的像素开口率约为 25%–30%，FPM 与 IJP 均为 50%–60%，但实现高开口率可能会伴随一定取舍。
  
  

• 主要挑战

  FMM 的核心问题是制造成本高；FPM 的最大不确定性在于良率；IJP 的可行性主要受 OLED 材料性能限制。

• 面板适配性
  FMM 适合生产中小尺寸 OLED 面板，分辨率可高可低，但由于蒸镀工艺及 OLED 材料布局，通常针对特定像素与子像素设计进行优化。FPM 和 IJP 更适合 RGB 条纹结构的子像素。IJP 可生产中大型、中分辨率 OLED 面板；FPM 理论上可支持比 FMM 更广的分辨率范围。
  
  

• 最大可用玻璃尺寸

  三种工艺的最大玻璃尺寸预计到 2026 年可达到 8.6 代。目前，FMM 最大为 6 代，FPM 与 IJP 均为 5.5 代。
  
  

• 多尺寸混切（MMG）

  FMM 不支持 MMG，FPM 与 IJP 可实现该功能。

• 亮度

  FMM 提供基准亮度，FPM 可达到基准亮度的 2 倍，IJP 介于 FMM 与 FPM 之间。

• 材料利用率
  FMM 材料利用率约 30%，FPM 可达 50%，IJP 最高可达 95%。

  
  

• 功耗

  得益于高开口率与像素结构，FPM 的功耗最低；IJP 因可溶性 OLED 材料寿命与效率问题，功耗可能更高。

  
  

• 分辨率
  理论上，FPM 可通过光刻实现最高 2000 PPI 分辨率；FMM 最高可达 1000 PPI；IJP 厂商目前展示的原型面板最高为 350 PPI。

• Tandem RGB

  兼容性Tandem RGB发光结构特别适用于高端移动 PC 和车载显示，但成本高。一些客户将 Tandem RGB OLED 作为高端产品重点需求。FMM 与 FPM 均可支持 Tandem RGB，IJP 则尚未支持可行性，这可能限制其在高端 OLED 市场的竞争力。

• 产品开发周期
  FMM 根据产品类型与掩膜可用性，需要数周至数月；FPM 需要数周；IJP 最短，因为其喷墨设备可随时生产新产品，且无需掩膜或新工装设计（部分情况下可复用 OPM 模板），因此可在数天至数周内完成新品开发，具体取决于产品复杂度。

面板厂商在FPM与IJP方面的策略

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