Material Science、OLED用青色ドーパント開発に成功、OLEDの効率と寿命向上

韓国のあるベンチャー企業が特許を独占しているOLED用青色ドーパント(Dopant)の開発に成功した。ドーパントは、OLEDの中で実際に発色するホスト(Host)と混ぜ合わせ、効率と寿命を改善する材料である。

今まで、多くの韓国材料メーカーがOLED用ホストを開発してきたが、大手企業からの支援を受けていないベンチャー企業が、独自にドーパントを実用化できる程度まで開発したのは、これまで前例のないということで、高く評価されている。

OLED用有機材料開発企業のMaterial Science(代表:イ・スンチャン)は、日本のI社による青色ドーパントの特許を代替できる技術を開発したと7日に明らかにした。2014年に設立されたMaterial Scienceは、韓国国内外にあるOLEDパネルメーカーに 正孔輸送層(Hole Transport Layer :HTL)、電子輸送層(Electron Transport Layer:ETL)などを供給している。全職員約50人のうち、半分が研究開発職である。昨年の売上高は66億ウォンで、今年の売上高は100億ウォンを突破すると予想される。

今回 Material Scienceにおける青色ドーパントの開発によって、OLEDパネルメーカーは日本の I社の他にも、青色ホスト及びドーパントの供給元を確保することができた。

日本のI社は、1995年から青色ドーパントを開発してきた。現在、全30件以上(日本出願基準)の青色関連特許を保有しており、その中で8件の主要特許の有効期限は2034年までとなる。

特に、アントラセン(Anthracene:三つのベンゼン環が一直線につながった化合物)構造の青色ホストとピレン(Pyrene)を含む青色ドーパントを組み合わせる方式に関する特許を独占している。そのため、I 社の青色ドーパントを用いるパネルメーカーは、必ずI社のホストを用いなければならない。I社の青色ドーパントに他メーカーからのアントラセン骨格を有するホストを組み合わせる場合、特許権の侵害となってしまう。

韓国のSamsung DisplayとLG Displayにおいても、I社による青色ホスト及びドーパントが用いられてきた。Material Scienceが開発した青色ドーパントは、I社における組み合わせの特許権を侵害しないように分子を設計した。従来にはOLEDの効率と寿命を改善し、濃い色の青色を作るために、強力なElectron Acceptorを分子に適用する方式を採用してきた。一方、Material Science は、Electron Donorを分子に適用することで、効率と寿命を改善しつつ、濃い青色を実現した。特に、このドーパントは、周囲の極性による発光波長が変更される溶媒和発色(Solvatochromism)現象を抑え、ホストの極性による発光波長の変更現象も大きく抑えられた。

Material Scienceのチョン・ジェホ研究員は「新しい構造及び組み合わせ方式を開発し、既存のドーパントとは異なる製品を作り上げた。パネルメーカーは様々な種類の青色ホストを活用できるようになる」と説明した。Material Scienceは、最近OLEDパネルメーカーが青色蛍光体の寿命を延ばすために導入を進めている熱活性化遅延蛍光(TADF)技術も開発している。

<IFA2017 OLED TV Display Trend Analysis>

UBI Researchによると、OLED有機材料市場は、2021年まで33億6,000万米ドル(約3兆8,000億ウォン)規模に成長する見込みだ。その中で、青色材料の売上高が占める割合は11.5%となりそうだ。

【iMiD 2017】OLEDON、2250ppiのOLED製造用面蒸発源FMMの蒸着原理を公開

28日に開催された「iMiD 2017」で、韓国檀国大学実験室ベンチャーのOLEDON代表ファン・チャンフン教授は、2250ppiを実現できる面蒸発源FMM蒸着技術について発表した。

 

ファン教授の発表によると、OLEDONが開発した面蒸発源蒸着技術は、従来の有機物蒸着方式とは異なる。面蒸発源FMM蒸着技術は、有機物を金属面に蒸着し、N型有機薄膜を形成することで、面蒸発源を製造した後再蒸発し、基板に有機物薄膜を形成する原理である。この技術を採用すると、有機物は面蒸発による垂直性気体ビームを形成するようになる(特許:1012061620000、韓国)。

 

OLEDONが開発した面蒸発源を用いて有機物を蒸着した場合、Shadow Distanceは0.38um~0.59umである。そのため、4umのパターンサイズを持つ2250ppiの素子を製造できる。

 

ファン教授は「面蒸発源の蒸着技術を採用すると、有機物気体の入射角が減少し、MaskによるShadow現象を画期的に改善することができる。また、面蒸発源は垂直性有機物の気体ビームが入射角をゼロにできるため、理論上ではShadow Distanceを0umにすることができる」と付け加えた。

 

<OLEDONが開発した面蒸発源蒸着技術の原理>

 

 

また、今回の発表において、ファン教授は「面蒸発源蒸着技術は、高解像度用Shadow Maskの製造にも必要だ」と強調した。

 

現在、量産に採用している線形蒸発源FMMの場合、Shadow Maskのオープニング間の距離は80umである。そのため、有機物気体ビームの入射角が大きくなり、高密度パターンを持つShadow Maskを製造しにくい状況にある。

 

ファン教授は「面蒸発源技術を用いると、Shadow Maskのテーピング角度は、80°程度になる。オープニング間の距離を20um未満に縮めることができるため、面蒸発源蒸着技術は、線形蒸発源におけるMaskパターンの密度に関する問題を解決できる」と説明した。

 

OLEDONは、面蒸発源蒸着技術で、完全なるShadow-Freeパターニング条件を目指しており、檀国大学のジン・ビョンドゥ教授チームと共同開発し、11KレベルのマイクロOLED素子を製造できる面蒸発源FMM蒸着措置を校内に設置する計画である(参照:OLEDONの公式ウェブサイトwww.oledon.co.kr)。

 

<面蒸発源FMM蒸着技術を採用した場合、Shadow Maskのオープニングの密度変化>

 

OLEDONは、量産用面蒸発源FMM蒸着装置に関する13件の特許を保有している。最新の研究結果に基づいた量産装置に関する特許は、韓国出願が7件、PCT国際出願が3件である。

UDC、ロイヤリティーとライセンス料で、2017年第2四半期総売上高59%増

米国UDC(Universal Display Corporation)は、現地時間8月3日に2017年第2四半期の財務実績を発表した。

 

総売上高は、2016年第2四半期の6,440万米ドルに比べ59%増加した1億2,500万米ドル、材料の売上高は110%増加した4,680万米ドルになったと述べた。また、ロイヤリティーやライセンス料収入は28%増加した5,370万米ドル、営業利益は2,650万米ドル増加した6,050万米ドル、当期純利益は2,540万米ドルから4,720万米ドルになったと明らかにした。

 

UDCは、ロイヤリティーとライセンス料によって、売上高が増加し、青色と緑色などのりん光発光物質の販売拡大で、材料の売上高が増加したと述べた。

 

OLED市場の成長によって、OLED材料市場規模が拡大し、その結果、UDCの実績も成長したと見られている。UBI Researchが発刊した『2017 AMOLED発光材料市場レポート(2017 OLED Emitting Materials Market Report)』では、全世界のOLED発光材料市場は、2017年に9億6,000万米ドル、2021年まで年平均成長率37%で、2021年には33億6,000万米ドル規模まで拡大すると予想した。

<発光材料市場全体の展望>

UBI Research、OLED封止、TFEが主流

■ 全てのエッジタイプとフルスクリーンタイプのフレキシブルOLEDにTFEを採用する見込み

■ プラズマCVD(PECVD)装置、封止装置市場全体の62%を占有

 

UBI Researchが発刊した『2017 OLED封止アニュアルレポート』は、OLED封止技術の中で、薄膜封止(Thin Film Encapsulation:TFE)が2021年にOLEDパネル全体の約70%に採用され、主要封止技術になると予想した。

 

最近のOLEDディスプレイは、エッジタイプからベゼルを最小限にしてフルスクリーンを実現することがトレンドになり、フレキシブルOLEDがフルスクリーンの実現に最適なディスプレイに選ばれている。そのため、韓国のSamsung DisplayとLG Displayを始めとする中国パネルメーカーもリジットではなく、フレキシブルOLED量産ラインへの投資に注力している状況である。

フレキシブルOLEDは、薄くて曲げられる特性を持つため、ガラスを使用するフリット封止は適合しなくなり、TFEやハイブリッド封止(Hybrid Encapsulation)を採用しなければならない。

TFEは薄い有機物と無機物を積層して形成する構造を持っており、開発初期には11層積層構造で、複雑な工程と歩留まり率が低いという欠点があったが、現在は3層積層構造を開発し、生産性、歩留まり率、コストが大きく改善され、多くのフレキシブルOLEDに採用されている。

 

<TFEの開発履歴、「2017 OLED封止アニュアルレポート」>

 

一部のフレキシブルOLEDには、バリアフィルムを使用するハイブリッド封止も採用されているが、バリアフィルムの価格が高く、比較的に厚みがあるため、最近は全てTFEを採用している傾向がある。

 

UBI Researchチャン・ヒョンジュン先任研究員は「TFE封止は、エッジタイプとフルスクリーンタイプのフレキシブルOLEDパネルに引き続き採用されることになりそうで、関連装置と材料市場も成長し続ける」と明らかにした。

 

今回のレポートでは、TFEの主要装置は無機物を形成するプラズマCVDと有機物を形成するインクジェットプリンターで、特にプラズマCVDは、TFEだけでなく、ハイブリッド封止の無機膜を形成する際にも用いられる。そのため、プラズマCVD市場は、2017年から2021年まで68億2,000万米ドル規模の市場になり、封止装置市場全体の約62%を占有すると予想した。

 

<プラズマCVD装置市場規模、2017、「2017 OLED封止アニュアルレポート」>

 

 

本レポートは、封止の開発履歴、動向、主要パネルメーカーの動向を始めとする封止関連主要装置と材料市場をテーマにしている。

 

 

車載用ディスプレイに最適なOLED

先日の7月14日、韓国ソウル市内にあるコンベンションセンターコエックスで「最新ディスプレイ及び車載用ディスプレイ技術動向」をテーマに、UBI Research主催で次世代ディスプレイの最新技術現況を分析するセミナーが開催された。

 

 

 

今回のセミナーで自動車部品研究院のパク・ソンホン先任研究員は「視覚的な情報の提供が重要になり、ディスプレイへの興味が高まっている。OLEDは柔軟な設計が可能で、透明ディスプレイの実現が容易になるため、多く採用される」と今後の見通しついて説明した。

 

また、自動車のデジタル化が進むと述べながら「特に、2020年には中国が全世界の自動車消費市場の50%を占めると予想しており、派手なデザインを好む中国人の特性に合わせ、OLEDを含むディスプレイが多く採用される」と見込んだ。

 

最近話題になったサイドミラーを無くした自動車を紹介し「応答速度が速く、視野角が広いOLEDを採用する可能性が高い。信頼性問題が解決すれば、OLEDは車載用に最適化されたディスプレイになる」と説明した。

 

UBI Researchが発刊した『Automotive Display Report – Application & Market Trend Analysis and The Market Forecast』では、2018年から自動車のクラスター(Cluster)やセンター インフォメーションディスプレイ(Center Information Display:CID)にOLEDパネルの採用が本格化すると予想されている。車載用ディスプレイの市場規模は、年平均成長率約17%で、2022年には約250億米ドルになると見込んでおり、そのうち、AMOLEDパネル市場は市場全体の約20%を占めると予想されている。

 

 

<車載用ディスプレイ市場におけるディスプレイ別占有率展望:2017~2022年>

 

2017年9月7日、ドイツ・フランクフルトで国際TADFシンポジウム開催

TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence)技術は、OLEDに効率的で安定的なエミッタ材料を提供する新しい技術で良く知られている。TADFエミッタは、OLED産業における次世代材料の発展に貢献し、多くのOLEDアプリケーションを創出できると期待されている。現在、TADFはOLEDを改善する主要技術として多くの注目を集めており、このTADF技術の重要性と次世代OLEDにおけるTADFの影響力は、ドイツのフランクフルトで開催される国際TADFシンポジウムで紹介される予定である(www.tadf-symposium.com)。

IFAカンファレンス直後、ヨーロッパと韓国の大学で世界的に有名な研究員が、TADF OLED素材の開発に関連するモデリングから分析、素子製作に至るまで、様々なテーマについて議論を展開する。OLED産業をリードしている韓国のLGとSamsungは、OLED産業に関する意見と高効率TADFが市場にどのような影響をを及ぼすかについて発表する。また、代表的なTADF材料の供給メーカーであるドイツCYNORAは、青色TADFエミッタの初の実用化について、進行状況と最終段階を公開する。

 

国際TADFシンポジウムは、9月7日にドイツのフランクフルトで開催される予定で、参加申込は8月15日まで受け付ける。

OLED光効率を改善するための新たなアプローチ、高偏光OLED

6月に開催されたUBI Researchの上半期セミナー「OLED市場分析と最新技術」で、韓国漢陽大学のキム・ジェフン教授は、高分子OLED発光層に微量のキラル(Chiral)分子を添加・発光する偏光を調整する方法により、光効率が60%まで向上したと述べた。

 

 

LCDに直交する形で採用された2枚の線形偏光板は、バックライトユニットから発される光を液晶の動きを通して透過又は遮断するために使用されている。また、1枚のOLED円形偏光板は、外光の反射を防止し、屋外での視認性を向上するために使用されている。

 

今まで、ディスプレイに関するメーカーは、偏光板で失われる50%以上の光を改善するために、素子構造及び光抽出技術、素材開発、発光メカニズムの開発に集中してきた。それに対してキム教授は「新たな観点からのアプローチが必要だ」と語り、偏光を用いてOLEDの光効率を向上する方法と研究結果を説明した。

 

<キラル分子が添加されたOLED構造のシミュレーション図>

 

キム教授は「OLEDの高分子材料は、一般的に液晶性を有するため、高い線形偏光光を作り出す。その光がキラル分子の添加された発光層を通過するようになると、円形偏光性が高い光になる」と説明した。また「理論上では光効率を100%まで引き上げられる。そうなると、低消費電力でもっと明るいOLEDを実現することができる」と付け加えた。

 

実際、キム教授の研究チームは、このような原理を導入して従来のOLEDに比べ、光効率が60%向上したOLEDを開発した。また、低分子材料を基盤とする円形偏光に関する研究計画も明らかにした。

 

今回の研究は「未来型ディスプレイの主要技術開発」事業からの支援で実施されており、研究結果は国際学術誌「Advanced Materials」最新号に掲載された。

CYNORA、新しい高効率青色OLEDエミッタの性能を公開

 

TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence、熱活性化遅延蛍光)材料において、代表的な先進企業であるドイツCYNORAは、最近開発した青色エミッタの性能を公開した。CYNORAは、今回の成果に基づき、2017年末に初めてTADF製品の実用化を目指している。

 

OLEDパネルの製造メーカーにとって、高効率青色エミッタは、低電力と高い解像度を実現するために必要な材料である。そのため、高効率青色エミッタに対する要求は継続的に増加しているが、実際に対応する製造メーカーは中々ないのが実情だった。

 

先日SID 2017でCYNORAは、OLEDパネルの製造メーカーが求めるレベルに近い性能を持つ青色エミッタを公開し、来場者の注目を集めた。当時、公開した青色エミッタは、TADF技術を採用し、デバイスレベルで470nm以下の発光ピーク(Emission Peak)、90時間以上の寿命(LT97@700 cd/m2)、15%(@1000 cd/m2)EQEを持つ。

 

CYNORA最高科学責任者(CSO)のThomas Baumann氏は「CYNORAの高効率青色エミッタは、顧客に求められる範囲の性能を持ち、今まで発表してきた青色エミッタの中で、最も優れている結果を達成した。発光ピークを460nmに変化させることに傾注している」と今後の研究方向を述べた。

 

CYNORA最高マーケティング責任者(CMO)のAndreas Haldi氏は、「今回の研究成果で 、計画通りに今年の末には、高効率の青色エミッタを販売できる確信を持った。TADFの先進企業として位置付けるために、全てのカラーエミッタを始めとし、2018年には緑色エミッタを、2019年には赤色エミッタを発売する予定だ」と今後の計画を明らかにした。

第4世代発光材料「Hyperfluorescence」

蛍光材料としてもりん光材料としても、不十分と言えるOLED発光材料の特性を改善するために、現在開発しているTADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence、熱活性化遅延蛍光)の実用化まで、少し時間がかかっている。TADF技術で最も先進的な企業と高く評価されているKyuluxが、まだディスプレイに適合するTADFドーパントの実用化に至っていないからだ。

 

Kyulux最高技術責任者(CTO)のAdachi氏によると、TADF専用のホスト材料がまだ用意されていないことが、TADF実用化を遅らせている要因となるという。そのため、発光ピークの半値幅が広く、ディスプレイに適合していないのだ。Kyuluxがこの問題を解決し、TADF材料の実用化を急ぐために開発している材料が、第4世代発光材用である「Hyperfluorescence」だ。

 

<Kyulux CTOのAdachi氏>

 

Hyperfluorescence材料は、既存の蛍光材料ホストとドーパントにTADFドーパントを添加し、蛍光材料としてりん光材料の効果を発揮することを目指している。

 

<Hyperfluorescnce効果>

Adachi氏は、Hyperfluorescnce効果とは、TADFの広い半値幅と蛍光材料の低い輝度を同時に解決できる構造であると強調した(上図)。

 

<Hyperfluorescenceと一般的なFluorescenceの特性比較>

 

Kyuluxが一般的な緑色の蛍光材料を用いて製造したOLEDと、同じ材料にTADFを添加することでHyperfluorescnce構造に仕上げたOLEDを、一つの基板に作り合わせてみると、発光強度に顕著な違いが確認された(写真)。

 

Kyuluxは、2017年内にHyperfluorescnce材料の実用化を予定している。初めて適用する対象となるのは、PMOLEDである。

発光材料メーカーの競争力

UBI Researchは、主要発光材料メーカー9社による2016年実績と韓国内で出願又は登録された特許件数、ディスプレイメーカーの量産製品に供給を行っている材料数、2017年営業力予測に基づき、競争力を分析した。(出所:2017 AMOLED発光材料市場レポート、UBI Research)

 

<主要発光材料メーカーの競争力を分析したグラフ>

 

結果、2017年最も高い競争力を有すると予想されるメーカーはDoosanと分析された。Doonsanの競争力強化要因は、営業力向上と量産製品品数増加、一位の韓国LG Chemicalの次に活発な特許出願活動を行っているからだ。Doonsanは2016年に分析された順位より7段階上昇した。

 

2位に競争力が高いと評価されるメーカーは韓国Samsung SDI、3位には米国UDCが続いた。韓国Duksan NeoluxはGalaxy S8用フレキシブルOLEDに赤色燐光ホストを採用し、2016年より3段階上昇した4位となった。