三星“偷师”JDI的eLEAP技术为什么值得关注？

自今年5月JDI推出不使用FMM的OLED技术“eLEAP”之后，业界均对该技术产生了极大的兴趣。近日，甚至传出三星显示一名高管就eLEAP技术，专门拜访了美国应用材料公司，重点讨论了JDI的eLEAP技术及微型显示器。据悉，JDI的eLEAP技术采用了应用材料公司的蒸镀设备，而三星很可能是在间接询问eLEAP的技术原理、参数。

我们都知道，FMM（FineMetalMask，精细金属掩模版）是目前用于OLED主流生产工艺——真空蒸镀必不可少的技术。不过，FMM的良率不是很高，主要受制于Invar材料。为此，目前一些厂商为了避开DNP与日立金属的材料封锁，转向电铸、多重材料复合等工艺FMM，但是非蚀刻工艺FMM产业链更加不成熟，需要更多长的时间才有机会攻克。

然而，JDI全球首次推出以无掩膜蒸镀与光刻相结合方式形成像素的OLED量产技术“eLEAP”，克服了FMM工艺的弱点，将打破大尺寸OLED制造因量产难、成本高等因素而迟迟打不开的局面。不过，JDI首创的eLEAP技术能否尽快实现商业化，还要看该技术是否具备量产可能性。

从FMM技术及工艺说起

毫无疑问，三星显示已对日本JDI的不使用FMM的OLED技术“eLEAP”表现出极大的兴趣。这主要原因在于大尺寸OLED蒸镀工艺太难。

有人形容，“蒸镀是OLED心脏，那么FMM就是蒸镀的根本”。为此，我们先谈一下目前主流的OLED蒸镀工艺。

简单来说，OLED制造工艺就是在ITO玻璃上制作一层几十纳米厚的发光材料,也就是通常所说OLED有机自发光材料，形成会自发光的红绿蓝三个次像素。不过，尽管OLED典型结构很简单，但具体到整块面板结构也就复杂很多，包括通过光刻在基板上形成电极图案、ITO图案、隔离柱图案，以及TFT背板这种控制每个像素开关的刻蚀等。

而在OLED面板的制造工艺上，真空蒸镀至关重要。真空蒸镀就是在真空中通过电流加热，电子束轰击加热和激光加热等方法，使被蒸材料蒸发成原子或分子，它们随即以较大的自由程作直线运动，碰撞基片表面而凝结，形成薄膜。可以说，蒸镀是OLED制造工艺的精华部分，而且不仅是发光材料，金属电极等也是蒸镀上去的，实际操作非常复杂，比如如何控制像素区域，像素要怎么对齐，还要控制蒸镀上去的薄膜厚度，如何进行前处理、保证蒸镀室的真空度等，都是具有很大技术挑战的。而以上整个真空蒸镀必须用到FMM。

除了以上工艺部分，具体FMM这个材料的本身，其制造也有很大的技术挑战。

目前中小尺寸OLED面板真空蒸镀相对比较成熟，但大尺寸OLED面板需要利用大尺寸FMM，就会导致在蒸镀制程中产生变形与材料过度使用等弊病。可以说，维持平坦的表面是制程非常难的精密金属遮罩的关键技术。

与此同时，FMM是OLED生产所需要的消耗性核心零部件，比纸还薄，需要定期更换，且生产成本较大。而要想有效解决FMM在大尺寸OLED面板因加工中产生的热，造成金属面罩弯曲及孔位对位不正等问题，我们就需要采用Invar材料（一种镍铁合金）来制作FMM，其具有特有的低热膨胀系数（CTE）)与高模量且极薄及超平整度等特性。

不过，Invar合金技术壁垒高，特别是应用在高端领域的产品生产难度大。以FMM为例，Invar合金是制造FMM的关键材料，可加工制成基材，在其上覆盖PI材料再精密开孔，需要30微米以下的Invar合金。FMM是OLED形成像素的核心部件，越高性能的OLED对FMM的薄度要求更高，所需要的Invar合金精密度也越高。在全球范围内，应用于OLED领域的Invar合金仅有日本日立金属（HitachiMetals）一家企业生产，其30微米以下的Invar合金不对外销售。除制备难度大以外，Invar合金的加工难度同样很高。

因此，从技术难度以及垄断性而言，FMM几乎可以比肩真空镀膜设备，而三星自然不希望在如此关键材料上被别人“卡脖子”。

什么是eLEAP技术？

与传统产品相比，在eLEAP技术支持下的显示面板具有特殊的发光结构，且发光区域和峰值（Peak）辉度扩大了两倍、寿命延长了三倍。根据JDI InfiniTech事业部新业务推进部部长前田智宏接受日媒电子Device产业新闻采访的信息，eLEAP技术最大的亮点是辉度极高。如果采用与以往相同的电流密度，峰值辉度将达到以往的两倍，亮度极高。相反，同样辉度条件下，由于可以降低电流，因此对像素施加的负荷会变低，从而使寿命达到以往的三倍。这是因为把开口率从原来的28%提高到了60%。

据悉，为了防止子像素（SubPixel）之间出现混色现象，需要保留较大的间隙，但也导致采用FMM技术会出现RGB（红、绿、蓝）各个像素中实际发光的部分（开口率）较小的问题。

从理论上来讲，相同颜色之间是存在互相干扰的风险的，这是引起诸多场景下“画面串音（CrossTalk）”的主要原因。不过，由于“eLEAP”具有特殊的结构，理论上来讲，既不会发生混色问题，又可以大幅度提高开口率。

关于“eLEAP”的具体构造，前田智宏仅简单介绍，在整个工艺制程中，首先在整个玻璃基板面上形成第一种颜色的发光素子，然后用光刻法（Photolithography）刻画线路（Patterning），仅留下发光素子部分、除去不需要的部分。接着，把第二种颜色形成在第一种颜色上面，覆盖整个基板面，再用光刻法刻画线路，除去不需要的部分。通过重复以上作业，即可形成RGB分别独立的发光素子。

而且，他也介绍，由于采用的是光刻技术，因此理论上可以使用各种大尺寸玻璃基板来生产。这也就是说eLEAP技术解决了FMM技术在应用于大尺寸OLED面板时，大尺寸Mask在蒸镀制程中易产生变形与材料过度使用等弊病。同时，由于可以无限缩小像素间的尺寸，因此eLEAP技术可轻松实现高精细化(据说可以实现2000ppi)，而现有OLED技术则很难实现。

另外，前田智宏也指出，在同样产品规格、生产条件下，与传统的“FMM技术”相比，材料的利用率提高了两成左右。采用传统的“FMM技术”，需要以极高的精度排列金属掩膜版，甚至不允许有1μm的误差。高精度排列金属掩膜版需要花费相当长的时间，因此也就造成了材料的浪费。另一方面，由于新技术不需要“FMM”，不仅大幅度提高了生产效率，还可以以良好的条件形成像素，因此有助于提高产品寿命。由于省去了掩膜版（Mask）清洗等工艺制程，也有望降低环境负荷。

因而，eLEAP技术最大的亮点之一是对环境极其友好。该技术既不需要采用有机材料、也不需要清洗金属掩膜版，因此省去了排放设备等工序的负荷，是一种对环境极其友好的工艺。

三星为什么看重eLEAP技术？

目前，在大尺寸OLED制备上，主要有真空蒸镀、WOLED(白光+彩色滤光片)、印刷OLED、QD-OLED(真空蒸镀+印刷)等技术路线。

其中，真空蒸镀OLED电视显然更“高端大气上档次”，这种RGB三色排列的典型OLED屏幕，三原色都非常纯粹，但技术难度大，成本非常高昂。

WOLED主要为LG Display生产OLED电视的技术方案，其采用“白光+三种彩色滤光片”的方式，即以白色为背光，再加彩色滤光片的方式进行生产大尺寸OLED。这种方案是一种较低成本的技术方案，但加上滤光片，透光率、光色纯度都成问题，所以在理论上亮度、对比度、色彩、节能表现都不及RGB OLED。

QD-OLED一度成为三星对抗LG Display“白光+彩色滤光片”的技术方案，从理论上比现有的白色OLED（WOLED）或甚至RGB OLED电视相比，可能成本更低，更易于制造，但实际上制造QD-OLED所需的许多制造技术尚不成熟。QD-OLED主要技术难题体现在：一是高迁移率背板，一般为金属氧化物TFT；二是蓝色发光层需要克服亮度和使用寿命问题；三是除了QD RG转换层，还有第二个颜色转换或CF层；四是OLED和QD层的双重封装；五是需要具有高透明度阴极的顶部发射(发光)结构；六是QD材料的喷墨印刷技术，以使膜厚且成本昂贵的QD层材料的成本最小化。

而喷墨印刷OLED方法主要是使用溶剂将OLED有机材料融化，然后将材料直接喷印在基板表面形成R（红）、G（绿）、B（蓝）有机发光层。目前这种方法也被业界证明，大尺寸OLED空穴传输层、发光层以及阴极材料都可使用喷墨打印技术制备，材料浪费更少，且成本更低。但在全印刷工艺OLED显示屏的制备中，关键难题是可印刷阴极墨水的开发和大面积成膜技术的实现，同时像素较低、寿命期较短。

因此，通过以上各种技术的对比，似乎大尺寸OLED制备就陷入了“死循环”。然而，eLEAP这种无需精密金属掩模版（FMM）、使用半导体曝光工艺蒸镀OLED的技术，似乎给三星“最拿手”的蒸镀OLED工艺另一种可能。如果eLEAP技术被证实在大尺寸OLED制备上具备商用性，那么三星有可能再创造当年执意研发OLED进而垄断OLED市场的辉煌佳绩。

据悉，三星显示已经向应用材料公司间接咨询了JDI的eLEAP相关技术。由于应用材料公司向JDI供应垂直蒸镀机等设备，因此可能具有eLEAP评估数据。不过，三星内部对eLEAP技术也有不同的意见，毕竟把研发重点放在竞争对手JDI的eLEAP技术上似乎也有不妥。但毫无疑问，走半导体曝光工艺制备蒸镀OLED还是值得探索的。