精細金屬掩膜(FMM)、精細光掩膜(FPM)與噴墨打印(IJP) OLED 工藝對比分析

FMM vs. FPM vs. IJP OLED

在 OLED 面板制造中，將 OLED 材料蒸鍍或沉積到顯示陣列背板上是關鍵工藝之一。自問世以來，精細金屬掩膜（FMM）方法已經成為該蒸鍍工藝的主流技術。在 FMM 工藝中，通過在蒸鍍腔內蒸發 OLED 材料，并利用精確制作的 FMM 掩膜描繪子像素圖案，將 OLED 圖案有效轉移到背板上。

目前，FMM OLED 工藝是唯一成熟并實現量產的方法，但其存在以下缺點：

• FMM 掩膜成本高，且 OLED 材料利用率低

• 新面板設計與開發周期長

• 蒸鍍及清腔過程中會產生化學殘留

• OLED 像素開口率低

基于上述問題，一些廠商開始研發替代性 OLED 沉積工藝，主要包括 FPM 和 IJP。日本顯示公司（JDI）在其 eLEAP OLED 技術中采用了 FPM 工藝，而 JOLED 的 IJP OLED 技術則是噴墨打印的代表。

FPM OLED 工藝采用傳統光刻法將 OLED 材料沉積到基板上；而 IJP OLED 工藝則使用專門研發的噴墨打印機以及特殊的可溶性發光材料，將 OLED 元件直接打印到 TFT 陣列基板的像素圖案上。

FPM 和 IJP 技術最初由 JDI 和 JOLED 等日本面板廠商研發，但在 JDI 與 JOLED 停止投入后，中國面板廠商如維信諾（Visionox）和華星光電（China Star）開始通過研發探索這些技術。維信諾開發了自有的 Visionox Intelligent Pixelization（ViP）技術，與 JDI eLEAP 類似，但已擴展至 8.6 代線。華星光電則收購了 JOLED 的 IJP OLED 產線，將設備遷至武漢 T5 6 代 LTPS 工廠進行試產, 并開始計劃Gen8.6 OLED。

維信諾與華星光電均計劃投資新建 8.6 代（2290×2620mm）OLED 產線。維信諾將在未來的 V5 8.6 代廠中采用 ViP 技術生產 IT OLED 面板；華星光電則將在新建的 T8 8.6 代廠中采用 IJP 技術，生產筆記本、平板及智能移動設備用 OLED 面板。與此同時，LG Display 與三星顯示也在探索采用FPM工藝生產面板。

圖 1 展示了在8.6代（2290×2620mm）條件下，FMM、FPM和IJP OLED工藝的一般對比

• 材料利用率
  
  IJP OLED 技術在 OLED 材料利用效率方面最高，可最大限度減少浪費，其次是 FPM 技術。相比之下，傳統 FMM 方法的 OLED 材料利用率僅處于一般水平，這也是其制造成本較高的原因之一。
  
  

• 材料性能
  
  不同制造方法對 OLED 材料的性能表現存在差異。傳統 FMM 蒸鍍技術可實現最佳的 OLED 材料性能，FPM 的表現也較為理想。但 IJP 工藝使用的可溶性 OLED 材料在壽命和亮度效率方面仍面臨挑戰。華星光電正積極與國內 OLED 材料廠商合作解決這些問題，但成果尚未完全驗證量產。
  
  

• 開口率與亮度效率
  
  FPM 具備最佳開口率，理論上像素開口率可達 60–70%；受設計與結構限制，FMM 的開口率最低，僅約 30%；IJP 也可達到最高約 60%。

  開口率越高，OLED 材料可提供的亮度與色彩顯示能力越強，因此 FPM 在亮度效率上更優，有望降低功耗。FMM 的亮度效率處于中等水平，而 IJP 的亮度效率仍有提升空間，尤其受可溶性材料特性影響。
  
  

• 制造挑戰
  
  FMM：主要問題是金屬掩膜和玻璃基板的下垂(Sagging)，以及對位精度不足。
  
  FPM：FPM OLED 工藝設備的主要開發商是應用材料公司（Applied Materials），且其掌握大量相關專利（IP），這意味著面板廠商在設備供應商選擇上會面臨局限。設備及售后維護成本是重要的運營支出。盡管 FPM 工藝有可能降低面板生產成本，但其干法刻蝕良率存在挑戰，需要在 TFT 陣列背板上進行特殊的干法刻蝕來實現 OLED 光刻，這可能影響預期的成本節省。
  
  IJP：受限于可溶性 OLED 材料的供應及噴頭精度，這會影響面板分辨率。華星光電計劃自行研發 IJP OLED 設備與材料，但供應鏈將因此受限。
  
  

• 多尺寸混切 (MMG)
  
  FPM OLED 在多尺寸混切上具有顯著優勢，其工藝與 TFT LCD 光刻相似。而FMM技術無法支持MMG，因此只能生產在Gen 8.6基板上實現最高玻璃基板利用率的產品，靈活性較低。MMG技術可在相同產能下生產多種尺寸面板；FMM在更改面板尺寸時需要更換整套設備、模組與掩膜，生產靈活性大幅降低。理論上 IJP 也可支持MMG。
  
  

• 產品開發周期
  
  FMM 的產品開發周期較長，每推出新尺寸或分辨率的面板都需重新制作一套掩膜，任何設計變更也需更換掩膜。金屬掩膜市場過去主要由 DNP 和凸版印刷壟斷，但近年韓國與中國出現了多家本地供應商，價格有所下降。相比之下，FPM 與 IJP 在新面板開發周期上都更短。
  
  

• 制造成本潛力
  
  理論上，IJP OLED 工藝因其高材料利用率與高產能，有潛力實現最低的 OLED 面板制造成本，FPM 工藝緊隨其后。但需注意，IJP 和 FPM OLED 工藝目前均未實現大量量產。

FMM、FPM與IJP的指標比較

表 1 對三種OLED制造技術的關鍵指標進行了比較

表 1：按制造技術劃分的OLED對比

Omdia分析如下：

• 圖像質量
  FMM 提供基準水平的圖像質量，FPM 理論上可憑借較高的開口率和出色的亮度效率實現更高的畫質。
  
  

• 主要優勢
  FMM 工藝最為成熟，目前已覆蓋從 6 代到 8.6 代 OLED。FPM 擁有高開口率并可消除橫向漏光，但尚未進入 6 代量產，直接跨越到 8.6 代存在挑戰。IJP 具備高開口率和低成本等優勢。

• 開口率
  FMM 的像素開口率約為 25%–30%，FPM 與 IJP 均為 50%–60%，但實現高開口率可能會伴隨一定取舍。
  
  

• 主要挑戰

  FMM 的核心問題是制造成本高；FPM 的最大不確定性在于良率；IJP 的可行性主要受 OLED 材料性能限制。

• 面板適配性
  FMM 適合生產中小尺寸 OLED 面板，分辨率可高可低，但由于蒸鍍工藝及 OLED 材料布局，通常針對特定像素與子像素設計進行優化。FPM 和 IJP 更適合 RGB 條紋結構的子像素。IJP 可生產中大型、中分辨率 OLED 面板；FPM 理論上可支持比 FMM 更廣的分辨率范圍。
  
  

• 最大可用玻璃尺寸

  三種工藝的最大玻璃尺寸預計到 2026 年可達到 8.6 代。目前，FMM 最大為 6 代，FPM 與 IJP 均為 5.5 代。
  
  

• 多尺寸混切（MMG）

  FMM 不支持 MMG，FPM 與 IJP 可實現該功能。

• 亮度

  FMM 提供基準亮度，FPM 可達到基準亮度的 2 倍，IJP 介于 FMM 與 FPM 之間。

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

  
  

• 功耗

  得益于高開口率與像素結構，FPM 的功耗最低；IJP 因可溶性 OLED 材料壽命與效率問題，功耗可能更高。

  
  

• 分辨率
  理論上，FPM 可通過光刻實現最高 2000 PPI 分辨率；FMM 最高可達 1000 PPI；IJP 廠商目前展示的原型面板最高為 350 PPI。

• Tandem RGB

  兼容性Tandem RGB發光結構特別適用于高端移動 PC 和車載顯示，但成本高。一些客戶將 Tandem RGB OLED 作為高端產品重點需求。FMM 與 FPM 均可支持 Tandem RGB，IJP 則尚未支持可行性，這可能限制其在高端 OLED 市場的競爭力。

• 產品開發周期
  FMM 根據產品類型與掩膜可用性，需要數周至數月；FPM 需要數周；IJP 最短，因為其噴墨設備可隨時生產新產品，且無需掩膜或新工裝設計（部分情況下可復用 OPM 模板），因此可在數天至數周內完成新品開發，具體取決于產品復雜度。

面板廠商在FPM與IJP方面的策略

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