Thoughts on Standardization Development of Fine Metal Masks for Organic Light-emitting Displays

WU Yiran CAO Kewei ZHANG Junhua (China Electronics Standardization Institute)

Abstract: Fine metal masks are the core materials oforganic light-emiting displays，which have a signifcant impact on the yield，resolution，andother performanceofdisplaypanels.Standardsplayacrucialroleinimproving thestabilityand reliabilityof material qualityConductingresearchonthe standardizationdevelopmentoffinemetalmasks fororganic lightemiting displays isofgreat practicalsignificanceandurgency.The purposeofthis studyis todeeplyanalyzethe technical statusand marketdemandofthe fine metal mask industrysortoutthecurrent statusof the standardssystem，compare andanalyzerelevantstandardsathomeandabroad，andcombineindustrydevelopment trends toproposesuggestionsand strategies forimproving the standardization developmentoffine metal masks in China，providing strong technicalsupport for promoting the healthy and sustainable development of the organic light-emitting display industry.

Keywords: organic light-emitting materials; fine metal masks; standardization

0 引言

的關(guān)鍵窗口，深刻影響著人們的生活與工作方式。有機(jī)發(fā)光顯示（OLED）技術(shù)以其自發(fā)光、高對(duì)比度、廣視角、響應(yīng)速度快、可實(shí)現(xiàn)柔性顯示等卓越在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，顯示技術(shù)作為信息呈現(xiàn)優(yōu)勢(shì)，在消費(fèi)電子、汽車顯示、虛擬現(xiàn)實(shí)等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并逐漸成為顯示行業(yè)的主流技術(shù)之一。

精密金屬掩膜版（FineMetalMask，F(xiàn)MM）作為OLED顯示制造過(guò)程中的核心關(guān)鍵材料，決定了OLED面板的分辨率、像素密度、顯示精度以及色彩表現(xiàn)等關(guān)鍵性能指標(biāo)。在OLED面板的制造過(guò)程中，F(xiàn)MM主要用于有機(jī)材料的蒸鍍環(huán)節(jié)，通過(guò)精確控制有機(jī)材料的蒸鍍位置和蒸鍍量，實(shí)現(xiàn)不同顏色像素的精準(zhǔn)沉積，從而提高產(chǎn)品的分辨率和良率。隨著OLED顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)FMM的精度、平整度、穩(wěn)定性以及尺寸規(guī)格等方面的要求也日益嚴(yán)苛。例如，為了實(shí)現(xiàn)更高分辨率的顯示效果，F(xiàn)MM的開(kāi)口精度需要達(dá)到亞微米級(jí)，甚至納米級(jí)；為了適應(yīng)大尺寸OLED面板的生產(chǎn)需求，F(xiàn)MM的尺寸也在不斷增大，從最初的G4.5世代逐漸發(fā)展到如今的G8.5世代甚至更高世代。

然而，當(dāng)前精密金屬掩膜版行業(yè)沒(méi)有形成統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，制約了OLED顯示產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。一方面，不同地區(qū)、不同企業(yè)之間的FMM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在差異，這導(dǎo)致了產(chǎn)品兼容性差，增加了OLED面板制造商的采購(gòu)成本和生產(chǎn)難度。例如，一家面板制造商從不同供應(yīng)商采購(gòu)的FMM可能在尺寸精度、開(kāi)口設(shè)計(jì)等方面存在細(xì)微差別，這使得在生產(chǎn)過(guò)程中需要頻繁調(diào)整工藝參數(shù)，降低了生產(chǎn)效率，同時(shí)也降低了產(chǎn)品良率。另一方面，隨著技術(shù)的快速發(fā)展，新的FMM產(chǎn)品和工藝不斷涌現(xiàn)，但相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)制定卻相對(duì)滯后，這使得市場(chǎng)上的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，難以滿足日益增長(zhǎng)的高端市場(chǎng)需求。例如，一些新型的FMM材料和制造工藝雖然能夠提高產(chǎn)品性能，但由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其質(zhì)量和可靠性難以得到有效保障，影響了用戶對(duì)OLED產(chǎn)品的信任度。

1有機(jī)發(fā)光顯示用精密金屬掩膜概述

1.1精密金屬掩膜定義與工作原理

FMM是一種表面布有大量微小且密集開(kāi)孔的薄金屬薄板，是OLED蒸鍍工藝中的核心關(guān)鍵部件，在OLED面板制造過(guò)程中發(fā)揮著不可或缺的作用。OLED顯示技術(shù)通過(guò)有機(jī)材料的電致發(fā)光原理實(shí)現(xiàn)圖像顯示，而FMM則在其中承擔(dān)著精確控制有機(jī)發(fā)光材料蒸鍍位置和蒸鍍量的重任。

FMM的工作原理基于物理氣相沉積（PVD）技術(shù)，在高真空環(huán)境下，有機(jī)發(fā)光材料被加熱蒸發(fā)，形成氣態(tài)原子或分子。這些氣態(tài)物質(zhì)在熱運(yùn)動(dòng)的作用下，向各個(gè)方向擴(kuò)散。而FMM則作為阻擋層，只有通過(guò)其小孔的氣態(tài)有機(jī)材料才能到達(dá)基板表面，并在基板上沉積、凝聚，逐漸形成所需的像素圖案。這一過(guò)程對(duì)FMM的小孔精度、形狀以及分布均勻性要求極高，任何微小的偏差都可能導(dǎo)致像素點(diǎn)的尺寸不一致、位置偏移，從而影響OLED面板的顯示質(zhì)量。

1.2技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

高精度是和小孔密集是FMM最為顯著的特性。隨著OLED顯示技術(shù)向高分辨率、高像素密度方向發(fā)展，F(xiàn)MM的開(kāi)口精度要求不斷提升。目前，先進(jìn)的FMM開(kāi)口精度已經(jīng)達(dá)到亞微米級(jí)，甚至朝著納米級(jí)邁進(jìn)。為了實(shí)現(xiàn)高分辨率顯示，F(xiàn)MM上每單位面積的小孔數(shù)量不斷增加。在一張典型的手機(jī)屏幕大小的FMM上，可能分布著數(shù)百萬(wàn)個(gè)微小的開(kāi)孔，這些小孔緊密排列，其間距也達(dá)到了微米級(jí)甚至更小。此外，F(xiàn)MM需要具備良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防止在蒸鍍過(guò)程中小孔變形或位移影響像素質(zhì)量。

大尺寸化是FMM的重要發(fā)展趨勢(shì)。隨著OLED面板在電視、顯示器等大尺寸應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)大，F(xiàn)MM的尺寸也在相應(yīng)增大，從最初的G4.5世代逐漸發(fā)展到如今的G8.5世代甚至更高世代，對(duì)FMM的尺寸公差、平整度要求、熱穩(wěn)定性等也提出了新的要求]。

1.3FMM制造工藝及核心材料

FMM的制造依賴于多種關(guān)鍵原材料和先進(jìn)制造技術(shù)。FMM的基板材料通常采用因瓦合金（Invaralloy），這是一種具有低膨脹系數(shù)的特殊合金，能夠在不同溫度環(huán)境下保持尺寸的相對(duì)穩(wěn)定，滿足

FMM對(duì)高精度和熱穩(wěn)定性的要求[2]。然而，因瓦合金的制備技術(shù)難度較大，目前全球范圍內(nèi)主要由少數(shù)幾家企業(yè)掌握核心生產(chǎn)技術(shù)，如：日本的日立金屬等。此外，F(xiàn)MM的制造還涉及光刻、蝕刻等一系列高精度加工工藝，這些工藝技術(shù)的發(fā)展水平直接影響著FMM的性能和質(zhì)量[3。FMM的發(fā)展對(duì)上游原材料供應(yīng)商和設(shè)備制造商提出了嚴(yán)格的技術(shù)要求，推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

2 國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與趨勢(shì)

2.1全球市場(chǎng)情況與競(jìng)爭(zhēng)格局

隨著OLED顯示技術(shù)在全球范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，精密金屬掩膜版市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)出持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示，2022年全球精密金屬掩膜版市場(chǎng)規(guī)模約為8.2億美元，到2023年，這一數(shù)字增長(zhǎng)至約9.5億美元，增長(zhǎng)率達(dá)到 15.9% 。預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年，隨著OLED技術(shù)在智能手機(jī)、電視、平板電腦、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的進(jìn)一步滲透，以及OLED面板產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，精密金屬掩膜版市場(chǎng)規(guī)模將繼續(xù)保持較高的增長(zhǎng)速度。

精密金屬掩膜版市場(chǎng)主要集中在亞太地區(qū)，占據(jù)全球 90% 以上的市場(chǎng)，這主要得益于亞太地區(qū)擁有眾多的OLED面板生產(chǎn)企業(yè)，如：韓國(guó)三星顯示、LG顯示，中國(guó)京東方、TCL、華星光電等。這些企業(yè)在全球OLED面板市場(chǎng)中占據(jù)著重要地位，對(duì)精密金屬掩膜版的需求量巨大。同時(shí)，亞太地區(qū)也是智能手機(jī)、電視等OLED終端產(chǎn)品的主要消費(fèi)市場(chǎng)，市場(chǎng)需求旺盛。北美和歐洲地區(qū)雖然在全球精密金屬掩膜版市場(chǎng)中所占份額相對(duì)較小，但近年來(lái)也呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長(zhǎng)的趨勢(shì)。北美地區(qū)擁有蘋果、谷歌等企業(yè)，其對(duì)OLED技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)對(duì)精密金屬掩膜版的需求。歐洲地區(qū)則在高端電視和汽車顯示領(lǐng)域?qū)LED技術(shù)有著較高的應(yīng)用需求，也為精密金屬掩膜版市場(chǎng)的發(fā)展提供了一定的空間。

全球OLEDFMM市場(chǎng)呈現(xiàn)出寡頭壟斷的特點(diǎn)。目前，主要生產(chǎn)商包括日本的大日本印刷（DNP）、凸版印刷（ToppanPrinting）以及韓國(guó)的豐元精密、Darwin、SewooIncorporation 等。其中，DNP在全球市場(chǎng)中占據(jù)著主導(dǎo)地位，市場(chǎng)份額約為 70% ，憑借其長(zhǎng)期積累的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備以及廣泛的客戶資源，在高端FMM產(chǎn)品領(lǐng)域具有較強(qiáng)的話語(yǔ)權(quán)。凸版印刷同樣具備深厚的技術(shù)底蘊(yùn)，占據(jù)約為 15% 的市場(chǎng)份額，位居全球第二。我國(guó)企業(yè)也在FMM領(lǐng)域積極布局，寧波寰采星科技、浙江眾凌科技有限公司等企業(yè)在技術(shù)研發(fā)和量產(chǎn)方面取得了顯著進(jìn)步。雖然目前中國(guó)企業(yè)在全球市場(chǎng)份額中占比相對(duì)較低，但增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)迅猛。

2.2國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展情況

國(guó)內(nèi)精密金屬掩膜版市場(chǎng)近年來(lái)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。隨著我國(guó)OLED顯示產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，國(guó)內(nèi)OLED面板產(chǎn)能不斷擴(kuò)大，對(duì)精密金屬掩膜版的市場(chǎng)需求也日益增長(zhǎng)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年我國(guó)精密金屬掩膜版市場(chǎng)規(guī)模約為12.5億元人民幣，到2023年增長(zhǎng)至約15.8億元人民幣，增長(zhǎng)率達(dá)到 26.4% 。

國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)積極投身于精密金屬掩膜版的研發(fā)和生產(chǎn)。寰采星科技建設(shè)投產(chǎn)了中國(guó)首條第六代FMM量產(chǎn)線，目前其產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始供貨國(guó)內(nèi)相關(guān)面板廠的AMOLED生產(chǎn)線。眾凌科技通過(guò)持續(xù)的技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，已成功實(shí)現(xiàn)全國(guó)產(chǎn)大寬幅FMM的量產(chǎn)，其產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)獲得了廣泛認(rèn)可，并逐步向國(guó)際市場(chǎng)拓展。眾凌科技不僅實(shí)現(xiàn)了FMM的量產(chǎn)，還在關(guān)鍵原材料因瓦合金的國(guó)產(chǎn)化方面取得突破，與上游鋼鐵企業(yè)合作研發(fā)出Invar金屬薄帶，有效提升了OLED屏幕的分辨率和良品率。此外，南京高光半導(dǎo)體、江蘇樂(lè)萌精密科技有限公司、安徽浚潁光電科技有限公司、安徽立德半導(dǎo)體材料有限公司等等企業(yè)也紛紛布局精密金屬掩膜版業(yè)務(wù)，加大研發(fā)投入，積極拓展市場(chǎng)。這些企業(yè)的加入，不僅豐富了國(guó)內(nèi)精密金屬掩膜版市場(chǎng)的供給，也促進(jìn)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，推動(dòng)了行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)品質(zhì)量的提升。

3 標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展現(xiàn)狀

3.1標(biāo)準(zhǔn)體系現(xiàn)狀

OLED材料屬于顯示材料的一類，行業(yè)分類按照GB/T4754-2017的分類方式，屬于C3985電子專用材料制造中的光電子材料。在顯示材料標(biāo)準(zhǔn)體系（見(jiàn)圖1）中，OLED材料體系框架以技術(shù)路線分為蒸鍍OLED用材料和印刷OLED用材料。其中，精密金屬掩模版屬于蒸鍍OLED用掩模版材料。

3.2國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

顯示用掩模版沒(méi)有對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，也基本沒(méi)有現(xiàn)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)主要是國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備和材料協(xié)會(huì)（SEMI)的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)行SEMI標(biāo)準(zhǔn)中顯示用掩模版共有6項(xiàng)，均為陣列用掩模版標(biāo)準(zhǔn)，暫無(wú)有機(jī)發(fā)光顯示用精密金屬掩膜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

在國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)方面，全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC203）負(fù)責(zé)組織制定和修訂半導(dǎo)體設(shè)備和材料領(lǐng)域的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前，顯示用掩模版有1項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，SJ11516—2015《薄膜晶體管（TFT)用掩膜版規(guī)范》，規(guī)定了TFT用掩模版的產(chǎn)品分類、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則以及標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存等內(nèi)容，適用于TFT用金屬掩膜版的生產(chǎn)、檢驗(yàn)和使用。有機(jī)發(fā)光用精密金屬掩膜暫無(wú)現(xiàn)行行業(yè)級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)，在研計(jì)劃2項(xiàng)，均為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，詳見(jiàn)表1。

4標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展建議

一是構(gòu)建協(xié)調(diào)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系。在構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)體系時(shí)，應(yīng)充分考慮行業(yè)的發(fā)展需求和技術(shù)趨勢(shì)，確保標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性、前瞻性和實(shí)用性。借鑒國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)FMM產(chǎn)業(yè)的實(shí)際情況，制定涵蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、質(zhì)量檢測(cè)、應(yīng)用服務(wù)等全生命周期的標(biāo)準(zhǔn)體系。加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)之間的協(xié)調(diào)與配套，形成有機(jī)整體，不同類型和層次的標(biāo)準(zhǔn)之間應(yīng)相互銜接、相互支撐，避免出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)之間的矛盾和重復(fù)?；A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)等相互協(xié)調(diào)，為其他標(biāo)準(zhǔn)的制定提供基礎(chǔ)依據(jù)。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與方法標(biāo)準(zhǔn)緊密配合，確保產(chǎn)品能夠按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行生產(chǎn)和檢測(cè)。同時(shí)，建立標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)維護(hù)機(jī)制，根據(jù)技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需求的變化，依托標(biāo)委會(huì)、行業(yè)組織等，及時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂和完善，保持標(biāo)準(zhǔn)體系的適應(yīng)性、有效性和先進(jìn)性。

二是加快關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研制。FMM的圖案精度直接影響像素蒸鍍的準(zhǔn)確性，加快標(biāo)準(zhǔn)研制對(duì)于保障面板生產(chǎn)的精度和良率具有重要意義。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)能提高不同廠商在尺寸、公差等方面的兼容性，推動(dòng)FMM實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。加快FMM及其核心關(guān)鍵材料因瓦合金相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制。在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，明確規(guī)定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、幾何參數(shù)、工藝接口等要求以及質(zhì)量控制等要點(diǎn)。在方法標(biāo)準(zhǔn)中，制定統(tǒng)一的光學(xué)性能、力學(xué)性能、可靠性檢測(cè)方法和判定準(zhǔn)則，確保產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和可靠性。

三是推動(dòng)技術(shù)研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)制定融合。建立產(chǎn)學(xué)研深度合作的長(zhǎng)效機(jī)制是促進(jìn)技術(shù)研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)制定融合的關(guān)鍵。企業(yè)、高校、科研機(jī)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)組建產(chǎn)學(xué)研合作聯(lián)盟，定期組織技術(shù)研討和標(biāo)準(zhǔn)交流活動(dòng)，促進(jìn)各方之間的信息共享與技術(shù)交流。聯(lián)合開(kāi)展技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，將科研成果快速轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力，并及時(shí)將成熟的技術(shù)和工藝納入標(biāo)準(zhǔn)體系。建立技術(shù)研發(fā)成果與標(biāo)準(zhǔn)制定的轉(zhuǎn)化通道，明確在技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目驗(yàn)收時(shí)，需對(duì)成果的標(biāo)準(zhǔn)化可行性進(jìn)行評(píng)估，并制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)草案。對(duì)于具有推廣應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)成果，加快其向標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化進(jìn)程，縮短標(biāo)準(zhǔn)制定周期，使標(biāo)準(zhǔn)能夠及時(shí)反映行業(yè)最新技術(shù)水平。

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