OLED全稱為有機發(fā)光二極管，是柔性顯示技術的基礎核心物質(zhì)，是實現(xiàn)曲面顯示的基礎。OLED顯示技術成為智能手機和大尺寸電視屏幕的應用已經(jīng)成為了一種發(fā)展趨勢。中國作為全球電子產(chǎn)品制造大國和消費大國，也被看做是目前全球最大的OLED應用市場。但與此同時，我國OLED產(chǎn)業(yè)目前仍面臨著產(chǎn)業(yè)鏈還不健全，國產(chǎn)化率配套低；高質(zhì)量、低成本生產(chǎn)技術還需要進一步開發(fā)；AMOLED技術開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化與國外差距較大等方面的問題。本文先針對OLED進行簡單介紹，讓大家對OLED的工藝有比較清晰的了解。然后針對OLED 制作工藝進行說明，并結(jié)合工藝對其設備商狀況進行分析，最后針對中國國內(nèi)設備商在OLED產(chǎn)業(yè)中的的機遇和挑戰(zhàn)進行分析。
OLED制作工藝囊括了顯示面板行業(yè)的諸多尖端技術，其主要分為背板段（array）、前板段（OLED成盒）以及模組段三道工藝。背板段工藝通過成膜、曝光、蝕刻、顯影疊加不同圖形不同材質(zhì)的膜材以形成LTPS驅(qū)動電路，其為發(fā)光器件提供點亮信號以及穩(wěn)定的電源輸入。該部分工藝的主要技術難點在于微米級的工藝精度以及對于電性指標的極高均一度要求。其細節(jié)流程如下：
本文只針對OLED 產(chǎn)業(yè)鏈中的工藝自動化設備部分進行討論和分析。
第一章 OLED簡介及生產(chǎn)工藝
1.1 OLED簡介
OLED：Organic Light-Emitting Diode.中文名為有機發(fā)光二極管，又稱有機電激發(fā)光顯示，將電能轉(zhuǎn)化為光能，同時使有機物質(zhì)發(fā)光。
OLED的基本結(jié)構(gòu)是由一薄而透明具半導體特性之銦錫氧化物(ITO)，與電力之正極相連，再加上另一個金屬陰極，包成如三明治的結(jié)構(gòu)。整個結(jié)構(gòu)層中包括了：空穴傳輸層(HTL)、發(fā)光層(EL)與電子傳輸層(ETL)。當電力供應至適當電壓時，正極空穴與陰極電荷就會在發(fā)光層中結(jié)合，產(chǎn)生光亮，依其配方不同產(chǎn)生紅、綠和藍RGB三原色，構(gòu)成基本色彩。如下圖所示：
基層（透明塑料，玻璃，金屬箔）——基層用來支撐整個OLED。
陽極（透明）——陽極在電流流過設備時消除電子（增加電子“空穴”）。
有機層——有機層由有機物分子或有機聚合物構(gòu)成。
導電層——該層由有機塑料分子構(gòu)成，這些分子傳輸由陽極而來的“空穴”?？刹捎镁郾桨纷鳛镺LED的導電聚合物。
發(fā)射層——該層由有機塑料分子（不同于導電層）構(gòu)成，這些分子傳輸從陰極而來的電子；發(fā)光過程在這一層進行。可采用聚芴作為發(fā)射層聚合物。
陰極（可以是透明的，也可以不透明，視OLED類型而定）——當設備內(nèi)有電流流通時，陰極會將電子注入電路。
OLED的發(fā)光過程通常有以下5個基本階段：
載流子注入：在外加電場作用下，電子和空穴分別從陰極和陽極向夾在電極之間的有機功能層注入。
載流子傳輸：注入的電子和空穴分別從電子傳輸層和空穴傳輸層向發(fā)光層遷移。
載流子復合：電子和空穴注入到發(fā)光層后，由于庫倫力的作用束縛在一起形成電子空穴對，即激子。
激子遷移：由于電子和空穴傳輸?shù)牟黄胶猓ぷ拥闹饕纬蓞^(qū)域通常不會覆蓋整個發(fā)光層，因而會由于濃度梯度產(chǎn)生擴散遷移。
激子輻射退激發(fā)出光子：激子輻射躍遷，發(fā)出光子，釋放能量。
OLED發(fā)光的顏色取決于發(fā)光層有機分子的類型，在同一片OLED上放置幾種有機薄膜，就構(gòu)成彩色顯示器。光的亮度或強度取決于發(fā)光材料的性能以及施加電流的大小，對同一OLED，電流越大，光的亮度就越高。
OLED的發(fā)展：OLED 技術的研究，起源于鄧青云博士（Dr.Ching Wan Tang），到了1987年，同屬柯達公司的汪根樣博士和同事 Steven 成功地使用類似半導體 PN結(jié)的雙層有機結(jié)構(gòu)第一次作出了低電壓、高效率的光發(fā)射器，并為柯達公司生產(chǎn) OLED顯示器奠定了基礎。1997年OLED由日本先鋒公司在全球第一個商業(yè)化生產(chǎn)并用于汽車音響。但是直到1999年，OLED唯一的市場僅為車載顯示器，2000年后應用才擴展到手機、PDA（包括電子詞典、手持電腦和個人通訊設備等）、相機、手持游戲機、檢測儀器等。2009年各大廠商開始將重心轉(zhuǎn)向AMOLED，致使AMOLED產(chǎn)值首度超越PMOLED。2013年LGD，SMD先后推出55英寸OLED電視。2017年蘋果十周年紀念手機iPhoneX采用AMOLED屏幕。所以OLED從首次商業(yè)應用到成功推出55英寸電視屏僅僅用了16年時間，而LCD走過這段歷程則花了32年時間，可見全球OLED產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常迅猛。
1.2 OLED的優(yōu)點
OLED技術之所以能夠獲得廣泛的應用，在于其與其它技術相比，具有以下優(yōu)點：
（1）功耗低
與LCD相比，OLED不需要背光源，而背光源在LCD中是比較耗能的一部分，所以OLED是比較節(jié)能的。
（2）響應速度快
OLED技術與其他技術相比，其響應速度快，響應時間可以達到微秒級別。較高的響應速度更好的實現(xiàn)了運動的圖像。根據(jù)有關的數(shù)據(jù)分析，其響應速度達到了液晶顯示器響應速度的1000倍左右。
（3）較寬的視角
與其他顯示相比，由于OLED是主動發(fā)光的，所以在很大視角范圍內(nèi)畫面是不會顯示失真的。其上下，左右的視角寬度超過170度。
（4）能實現(xiàn)高分辨率顯示
大多高分辨率的OLED顯示采用的是有源矩陣也就是AMOLED，它的發(fā)光層可以是吸納26萬真彩色的高分辨率，并且隨著科學技術的發(fā)展，其分辨率在以后會得到更高的提升。
（5）寬溫度特性
與LCD相比，OLED可以在很大的溫度范圍內(nèi)進行工作，根據(jù)有關的技術分析，溫度在-40攝氏度到80攝氏度都是可以正常運行的。這樣就可以降低地域限制，在極寒地帶也可以正常使用。
（6）OLED能夠?qū)崿F(xiàn)軟屏
OLED可以在塑料、樹脂等不同的柔性襯底材料上進行生產(chǎn)，將有機層蒸鍍或涂布在塑料基襯上，就可以實現(xiàn)軟屏。
（7）OLED成品的質(zhì)量比較輕
與其他產(chǎn)品相比，OLED的質(zhì)量比較小，厚度與LCD相比是比較小的，其抗震系數(shù)較高，能夠適應較大的加速度，振動等比較惡劣的環(huán)境。
OLED的優(yōu)點匯總?cè)缦拢?/strong>
OLED和LCD結(jié)構(gòu)對比示意圖如下所示：
AMOLED與LCD規(guī)格對比：
1.3 OLED的工藝流程
OLED因其構(gòu)造簡單，所以生產(chǎn)流程不像LCD制造程序那樣繁復。但由于現(xiàn)今OLED制程設備還在不斷改良階段，并沒有統(tǒng)一標準的量產(chǎn)技術，而主動與被動驅(qū)動以及全彩化方法的不同都會影響OLED的制程和機組的設計。
第二章OLED產(chǎn)業(yè)鏈和設備供應商
2.1 OLED產(chǎn)業(yè)鏈
OLED行業(yè)上游主要包括：設備制程（蝕刻、顯影、鍍膜、封裝等）、材料制造（OLED終端材料、基板、電極等）和組裝零件（驅(qū)動IC、電路板和被動元件）；中游是OLED面板制造；下游是OLED的終端應用，包括電視、手機等顯示領域，同時也可以應用于照明。
OLED制作工藝囊括了顯示面板行業(yè)的諸多尖端技術，其主要分為背板段（array）、前板段（OLED成盒）以及模組段三道工藝。背板段工藝通過成膜、曝光、蝕刻、顯影疊加不同圖形不同材質(zhì)的膜材以形成LTPS驅(qū)動電路，其為發(fā)光器件提供點亮信號以及穩(wěn)定的電源輸入。該部分工藝的主要技術難點在于微米級的工藝精度以及對于電性指標的極高均一度要求。其細節(jié)流程如下：
本文只針對OLED 產(chǎn)業(yè)鏈中的工藝自動化設備部分進行討論和分析。
2.2 OLED設備供應商
OLED前段設備包含背板段工藝的顯影、蝕刻設備；蒸鍍封裝段工藝的蒸鍍、封裝設備，以及模組段工藝的檢查、測試設備。OLED上游設備在產(chǎn)業(yè)鏈占比約35%，尤其是TFT陣列和Cell成盒兩個階段包含眾多的復雜工藝，關鍵設備如TFT設備、蒸鍍和封裝設備幾乎被日本、韓國和美國所壟斷。其中蒸鍍設備是整個面板生產(chǎn)過程中最核心的環(huán)節(jié)，直接影響到產(chǎn)品的良率和質(zhì)量。在模組和測試段設備中國設備商較多。如下圖所示：
第三章 OLED設備國產(chǎn)化的機遇和挑戰(zhàn)
3.1 OLED設備國產(chǎn)化的機遇
一、OLED市場需求大幅增長
如下圖所示，OLED的營收在2019年Q2已經(jīng)達到 69億美元，比2019 Q1增長了9.5%，比去年同期增長了18.9%。三星和LG分別位列第一和第二位，而中國的BOE以6%的市場份額占比位列第三位。
從中國手機市場的趨勢來看，預計2020年~2022年將迎來弱勢復蘇，其中5G手機將是此波復蘇的重要引子。
二、智能裝備國產(chǎn)化是國家策略規(guī)劃
加快發(fā)展智能制造，是培育我國經(jīng)濟增長新動能的必由之路，是搶占未來經(jīng)濟和科技發(fā)展制高點的戰(zhàn)略選擇，對于推動我國制造業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，打造我國制造業(yè)競爭新優(yōu)勢，實現(xiàn)制造強國具有重要戰(zhàn)略意義。
國家對智能制造智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）中提到，智能制造是基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合，貫穿于設計、生產(chǎn)、管理、服務等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學習、自決策、自執(zhí)行、自適應等功能的新型生產(chǎn)方式。
2025年前，推進智能制造發(fā)展實施“兩步走”戰(zhàn)略：第一步，到2020年，智能制造發(fā)展基礎和支撐能力明顯增強，傳統(tǒng)制造業(yè)重點領域基本實現(xiàn)數(shù)字化制造，有條件、有基礎的重點產(chǎn)業(yè)智能轉(zhuǎn)型取得明顯進展；第二步，到2025年，智能制造支撐體系基本建立，重點產(chǎn)業(yè)初步實現(xiàn)智能轉(zhuǎn)型。其中2020年的具體目標之一——智能制造技術與裝備實現(xiàn)突破。研發(fā)一批智能制造關鍵技術裝備，具備較強的競爭力，國內(nèi)市場滿足率超過50%。突破一批智能制造關鍵共性技術。核心支撐軟件國內(nèi)市場滿足率超過30%。
三、國際形勢的變化，日益凸顯設備國產(chǎn)化的重要性。
如前章節(jié)所述，OLED行業(yè)上游設備基本被日本、韓國和美國所壟斷。OLED上游的蒸鍍機被日本Canon Tokki壟斷，Canon Tokki是日本的一家世界級企業(yè)，公司員工約350人，公司年產(chǎn)值高達數(shù)十億美元，是業(yè)界公認最好的蒸鍍機制造商，幾乎獨占全球的OLED蒸鍍設備。CanonTokki蒸鍍機具有極高的對位精準度,能夠把OLED有機發(fā)光材料精準的蒸鍍到基板上,誤差控制在5微米之內(nèi)（1微米＝1/10000公分,相當于頭發(fā)直徑的1%）,獨步業(yè)界。然而，由于產(chǎn)能有限，Canon Tokki一年僅能生產(chǎn)9臺蒸鍍機，因此廠商的訂單往往要等兩年以上。這也是造成我國OLED產(chǎn)業(yè)大而不強的局面和影響國內(nèi)OLED技術量產(chǎn)的關鍵原因。
韓國政府將限制OLED生產(chǎn)設備的出口，計劃將OLED設備指定為“國家核心技術”。這是三星電子零件供應商Toptec公司的官員被指控將三星最新的OLED顯示技術出售給京東方集團后，防止技術泄漏再次發(fā)生的后續(xù)措施。另外，日本政府修改了對韓國的出口管理運用政策，決定從2019年7月4日開始限制半導體、OLED材料出口。限制出口韓國的三種材料分別是用于電視和智能手機面板上使用的氟聚酰亞胺、半導體制作過程中的核心材料光刻膠和高純度半導體用氟化氫。日本當前基本壟斷了全球的氟聚酰亞胺、氟化氫材料市場，分別占全球份額的90％、70％之多日本對韓國實施出口管制后，韓國半導體企業(yè)和面板企業(yè)短期內(nèi)很難找到替代廠家，三星和LG等公司將受到?jīng)_擊。
從上面來看，不管日本還是韓國，針對先行性行業(yè)設備的出口管控都已經(jīng)上升到很高的程度。而任何一個行業(yè)都需要掌握核心技術才能健康順利發(fā)展。從以往的經(jīng)驗來看，產(chǎn)業(yè)升級的客觀規(guī)律就是下游帶動上游發(fā)展。這點從中國企業(yè)在液晶電視上的逆襲就是最好的證明
目前世界上OLED的供應商只集中在4個地區(qū)，而這其中日本的JDI和臺灣的鴻海進度已落后于韓國的三星和中國的京東方。三星雖然暫時一家獨大，但國內(nèi)的京東方和華星光電也取得了巨大的進步，技術突破和市場份額成果顯著，同時也越來越重視設備的國產(chǎn)化程度，這對于國內(nèi)設備供應商來說，是個利好的消息。
四、OLED設備國產(chǎn)化嚴重不足，充滿挑戰(zhàn)
在國家政策的引導下，國內(nèi)設備商積極相應并取得了一定的成果。在OLED領域，國產(chǎn)化設備的程度還非常低，而且如前面章節(jié)所述，技術壁壘和比重都需要努力突破。
從設備供應商的分布來看，中國設備供應商只占整個供應鏈不到30%的份額。從2016年到2018年的營收來看，國內(nèi)大部分設備供應商的營收都有較明顯的成長，但與韓國相比，差距非常大。
收集國內(nèi)各OLED制造商中的國產(chǎn)設備并對比來看，國產(chǎn)化設備的比率從2018年起有大幅上升，其中華星CSOT和京東方BOE中的國產(chǎn)化設備比率最高，到2019年H2已經(jīng)有將近20%的整體占比。當然國產(chǎn)化設備還有很大的提升空間。
3.2 OLED設備國產(chǎn)化突圍之路
從CINNO research統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看，國內(nèi)設備供應商在OLED制程中的覆蓋比率整體只有39%，各制程中占比非常低。
下面我們將分析國產(chǎn)化設備的市場需求和方向：
一、自動化設備，指的是Load/Unload/Packing/Unpacking/MES/Robot等一些自動化的解決方案和設備。據(jù)CINNO預測，未來到幾年，還有60~90億RMB的市場需求。國內(nèi)設備供應商在自動化設備方面大有可為。
綜上所述，國內(nèi)設備供應商的發(fā)展方向應該是立足于目前LCD的成熟量產(chǎn)技術，積極開發(fā)柔性模組自動化設備，如綁定，貼合，檢測和自動化設備方，市場前景廣闊。OLED上游的設備因為技術壁壘和投入成本非常高，暫時還不具備量產(chǎn)的能力。
二、檢測類設備。包含光學和bonding壓痕檢測AOI，自動畫面檢測API，以及Aging和燒錄設備，如OTP,Gamma等自動化設備。從目前市場預測來看，還有超過50億的成長空間。
三、綁定和貼合類設備。
綁定類設備包含COF/IC/FPC，根據(jù)材料可以分為COF/COG/FOF/FOG/TFOG/TFOF/FOP/COP等種類；而貼合類設備包括偏光片、保護膜、OCA、承載膜、CG蓋板（含3D和折疊屏類）以及一些輔材和膠帶等的貼附自動化設備。
綁定類設備包含COF/IC/FPC，根據(jù)材料可以分為COF/COG/FOF/FOG/TFOG/TFOF/FOP/COP等種類；而貼合類設備包括偏光片、保護膜、OCA、承載膜、CG蓋板（含3D和折疊屏類）以及一些輔材和膠帶等的貼附自動化設備。
目前OLED綁定類設備供應商主要為韓國的ATS、SFA、Finetek，而前國內(nèi)主要是天通吉成（BOE較多）。但是國內(nèi)設備供應商中的聯(lián)得裝備，鑫三力和集銀等有在逐步突破。據(jù)了解，聯(lián)得裝備在觸摸屏sensor、film上的綁定積累了豐富的實績，同時在COF等高精度綁定設備也有大量量產(chǎn)經(jīng)驗。未來伴隨OLED模組廠的擴張，綁定設備在國產(chǎn)化進程中還是有很多機會的。
貼合設備主要為韓國SHINDO，TOPTEC以及LDK。TOPTEC被三星起訴，目前被限制設備出口國內(nèi)。國內(nèi)貼合設備最大的供應商是聯(lián)得裝備，其在LCD硬屏貼合有超過10年的自動化設備開發(fā)和量產(chǎn)經(jīng)驗。而據(jù)最新消息，聯(lián)得裝備在OLED柔性屏3D和折疊屏的自動化貼合設備已經(jīng)獲得國內(nèi)OLED制造商的高度認可，2D和3D兼容，以及3D蓋板 180°以內(nèi)的貼合也通過國內(nèi)頂尖手機制造商的驗證。以及并已經(jīng)完成出貨，于客戶端開始量產(chǎn)。相信未來越來越多的設備商都會隨著市場需求積極開發(fā)新技術新產(chǎn)品，以滿足國內(nèi)OLED制造商和OLED技術的需求。
3.3 國產(chǎn)化設備的不足之處
1、國產(chǎn)設備商的基礎性研究欠缺。比如在OLED柔性3D貼合中需要用到的硅膠模具是核心治具，通過研究硅膠或其他材料的特性、配比并結(jié)合結(jié)構(gòu)設計來進行模型仿真達到最好的貼合效果，才能突出重圍，行業(yè)領跑。
2、國產(chǎn)化設備的精細度不夠。不管從機臺的外觀，線路布局合理性，機構(gòu)的合理性和精細度，零件的加工品質(zhì)、組裝效果和機構(gòu)的重復精度等等方面來看，國產(chǎn)化設備和進口設備的差距還是非常大。如上部分的好壞，嚴重影響產(chǎn)品的品質(zhì)以及設備的性能和后期的維護，而這也是國內(nèi)設備使用者抱怨最多的地方。
3、國內(nèi)OLED制造商對于國產(chǎn)設備商較國外設備商在某種程度上更嚴苛。進口的日韓設備商的交期都較長，如此一來進口的設備有非常充足的時間在設備出貨之前進行設備優(yōu)化和產(chǎn)品調(diào)試，故設備的出貨品質(zhì)和出貨后的設備表現(xiàn)普遍較國內(nèi)設備商好。而國內(nèi)設備商競爭激烈，往往由于客戶交期限制不得不在極端情況下為了出貨而出貨，有時候甚至設備沒有組裝完成就出貨至客戶端。這樣的后果就是設備在客戶端調(diào)試需要浪費大量的時間，大量的人力成本，物料成本，還有客戶自己的材料成本，也導致客戶的不滿意度一直居高不下。
4、設備制作和生產(chǎn)管理人才欠缺。國內(nèi)設備商基本都是非標設備，同樣工藝的設備，每個客戶的客制化差異大，少量多樣是常態(tài)。以前的大規(guī)模生產(chǎn)模式的時代已經(jīng)過去了，如何引進具有思考能力和解決問題的能力的人才，根據(jù)內(nèi)部模式優(yōu)化或建立更完善的更科學的管理流程是每個生產(chǎn)型企業(yè)需要特別重視的問題。
展望與總結(jié)
本文介紹了OLED產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和特性，并針對OLED制作的工藝進行了詳細的說明，同時結(jié)合OLED制程來分析其設備和供應商，在此基材上分析OLED設備國產(chǎn)化的方向和待改進部分，希望大家能對OLED產(chǎn)品，工藝和國產(chǎn)設備供應商有一個比較全面的了解。
未來大數(shù)據(jù)智能，群體智能，人機融合智能的深度應用將進一步提高各種產(chǎn)品的個性化，推進中國制造業(yè)真正實現(xiàn)以用戶為中心的新模式、新業(yè)態(tài)。適用于多品種，中小批量產(chǎn)品的柔性自動化生產(chǎn)模式及對應的柔性自動化設備解決方案需求成為行業(yè)發(fā)展趨勢。國內(nèi)設備商需要對內(nèi)部的設備研發(fā)、組裝、調(diào)試和售后等各個環(huán)節(jié)的管理上積極探索新方法，不斷優(yōu)化和持續(xù)創(chuàng)新，為客戶提供客制化的機械設計，彈性化的軟體開發(fā)，高效率的系統(tǒng)整合，和高素質(zhì)的售后服務。設備國產(chǎn)化，加油！
