Foldable OLEDの核心、カバーウィンドウの競争激化

<KOLON Industries(左)とSKC(右)の透明PIフィルム、参考:KOLON Industries>

 

Foldable OLEDの量産が今年末に開始されると期待される中で、Foldable OLEDの主要材料の一つであるカバーウィンドウの競争が激しくなる見込みだ。Foldable OLEDはディスプレイが折りたたれる特性から、従来のカバーウィンドウに使用されていたガラスは割れるため、続けて使用することができない。

従って、割れないカバーウィンドウとして透明PIと薄板ガラスの開発が、積極的に進められている。特に透明PIフィルムに関しては、Sumitomo Chemicalと韓国のKOLON IndustriesやSKCの競争が予想される。Sumitomo Chemicalは、Samsung Electronicsが来年発売予定のFoldableスマートフォンに採用されるFoldable OLEDカバーウィンドウ向け透明PIフィルムを供給する最初のメーカーになるという。

しかし、透明PIフィルムのカバーウィンドウは、ガラスのカバーウィンドウの硬度と外観特性を満たせないため、改善が必要な状況にある。Samsung DisplayはSumitomo Chemicalの透明PIフィルムの他にも、多くのメーカーの透明PIフィルムを検討している。

Sumitomo Chemicalの透明PIフィルムと激しく競い合っているメーカーは、韓国のKOLON IndustriesとSKCである。KOLON Industriesは約10余年前から透明PIフィルムを開発しており、現在唯一透明PIフィルム量産設備を備えているメーカーである。SKCもフィルムの製造技術力を基に、2017年末に透明PIフィルムの設備投資を行った。

他に、薄板ガラスをFoldable OLED用カバーウィンドウとして開発する動きも出ている。主要メーカーにはAsahi GlassとドイツのSCHOTTがあり、厚さ0.1mm以下の実現に向けて開発を進めている。しかし、薄板ガラスも折りたたまれた状態では、耐久性に問題があると知られている。

Foldableスマートフォンの発売時期が迫ってきている中、OLEDパネルメーカーとカバーウィンドウ材料メーカーがどのような材料と構造、特性のFoldable OLED用カバーウィンドウを採用するかに業界の関心が集まっている。

 

4K時代を迎えたLCDスマートフォン、OLEDスマートフォンはどうなるのか?

先日のMWC 2017で、Sonyが世界初となる4K LCD搭載のスマートフォンを公開したことに続き、来る7月には実際に4K LCD搭載の‘Xperia XZ2 Premium’を発売する予定で、スマートフォンにも4K解像度の市場が本格開花すると期待されている。

<Sonyの‘Xperia XZ2 Premium’、参考:theverge.com>

既にTV市場は4Kを越えて8K市場へ移り変わっている。Samsung ElectronicsとSharpは上半期に8K TVの新製品を公開、Sonyも下半期に8K TVを発売する予定である。LG DisplayはCES 2018で、88型の8K OLED TVを展示した。このように、8K TVがプレミアムTV市場に参入することで、スマートフォンもTVの高解像度化と相まって、4K解像度に対応する製品を増やすと予想される。

しかし、LCDでは4Kスマートフォンを実現したものの、OLEDはもう4年もQHD解像度にとどまっている。

<Samsung ElectronicsのGalaxyシリーズの解像度変化、参考:UBI Research DB>

これは、OLED製造に採用されているFMM(Fine Metal Mask)技術に制約が多いためである。現在、量産に使用されているFMMの厚さは約20~30um程度で、4Kを実現するためには、厚さを10umに抑えなければならない。しかし、従来のFMM製造方式では、実現が難しい状況である。

それによって、高解像度の実現に向けたFMMの代替技術が開発されている。代表的な技術として、レーザーでパターニングするレーザーFMMと電鋳方式で製造するElectroforming、フィルムに電鋳でフレームを形成し、レーザーでフィルムをパターニングするFine hybrid mask、蒸着入射角を垂直にして高解像度を実現する面蒸発源などが開発中だ。

様々な展示会と学会で、高解像度を実現するための蒸着技術が公開されており、量産性を確保できれば、今後4K OLEDスマートフォン、ひいてはRGB方式の高解像度AR・VR機器も見ることができると考えられる。

JOLED、2020年に中型印刷方式有機ELディスプレイの量産を開始

JOLEDが2020年に車載やモニターに採用できる中型サイズの印刷方式有機ELディスプレイの量産を開始すると伝えた。

先日6月26日にJapan Displayの子会社、JOLEDは7月1日から石川県能美市に「JOLED能美事業所」を開設し、2020年の稼働開始を目指すことを明らかにした。

JOLED能美事業所は、Japan Displayの能美工場に設立し、既存設備を最大限活用するほか、印刷方式有機ELディスプレイの量産に向けた追加設備や新しい製造棟などを導入する計画だ。施設規模は地上5階建て、敷地面積約10万㎡となり、基板サイズG5.5(1300×1500mm)、ガラス基板を基準に月産約2万枚の生産能力を備える予定である。

<JOLED能美事業所、参考:j-oled.com>

注力製品は、車載向けやハイエンドモニター向け中型サイズ(10~32型)の印刷方式有機ELディスプレイになるとみられる。先日3月にUBI Researchが開催した「2018 OLED Korea conference」で、JOLEDチーフテクノロジスト荒井俊明氏は、印刷方式有機ELディスプレイで中型OLED市場を攻略するという意思を示したことがある。

<2018 OLED Korea conferenceで発表したJOLEDの開発ロードマップ>

Sony、UXGA解像度の0.5型マイクロOLED商品化を発表

SonyはUXGA解像度の0.5型OLEDマイクロディスプレイ「ECX339A」を商品化すると発表した。Sonyはこの製品が世界最小6.3 um画素ピッチを達成し、以前製品の「ECX337A」(0.5型QVGA (1280 × 960))より1.6倍の高解像度化に成功したことを明らかにした。

<Sonyの0.5型マイクロOLED「ECX339A」、参考: sony.co.jp>

また、従来に比べて50%の電圧で動作する新しい駆動回路を採用し、低電力駆動とともにデュアルラインプログレッシブ(Dual-line progressive)駆動方式によって、240fpsまでのフレームレートに対応できると説明した。

<新製品(左)と従来品(右)によるマイクロOLED解像度の比較、参考: sony.co.jp>

Sonyによると、従来のマイクロディスプレイにおける高解像度化は、画素ピッチの縮小による画質の低下と視野角特性の悪化などの問題があったが、Sonyのトランジスタのレイアウトやプロセスの最適化、補正回路によって、問題を改善したという。さらに、カラーフィルターをシリコン基板上に直接形成し、発光層との距離を縮めるとともに、カラーフィルターの色配置を工夫することで、視野角特性の向上と高解像度を実現したと説明した。

<新製品(左)と従来品(右)による構造と視野角特性のイメージ、参考: sony.co.jp>

ECX339Aの量産予定時期は2018年11月で、サンプル価格は50,000円(税抜き)で設定された。Sonyは今回の製品が、画質への要求が最も多いハイエンドカメラと仮想現実用HMD(Head Mounted Display)に採用されると予想した。

<ECX339Aの主要仕様、参考: sony.co.jp>

QD-OLED TV、次世代プレミアムTVになれるか

Samsung Electronicsは現在「PL-QD(Photoluminescence Quantum Dot)技術」を採用したQD-LCD TVで、プレミアムTV市場で影響力を強めている。この技術は外部の光によって刺激される物質が再び発光するメカニズムを有する。

 

このようなQD-LCD TVを担当する家電部門(CE)において、昨年の営業利益は1兆ウォン以上落ち、営業利益は3.6%に留まった。

 

一方、LG Electronicsのホームエンターテインメント(HE)事業本部は、昨年OLED TVで営業利益1兆5,667億ウォン、営業利益率8.1%の過去最高値を更新した。SONYもOLED TVを前面に押し立て、プレミアムTV市場で急速に立地を進め、営業利益を黒字に転換させた。

 

OLED TVが企業の売上向上への貢献効果を生み出したと言える。

 

これに対し、Samsung ElectronicsはプレミアムTV市場に占める割合を高めるために、EL-QD(Electroluminescence Quantum Dot)技術を採用したEL-QLEDの開発に取り組んでいるが、QLEDの材料であるQuantum Dotの効率と寿命、量産技術はまだ確保されていないようだ。

 

最近青色OLEDを照明パネルとして採用し、その光がQDCF(Quantum Dot Color Filter)を通り抜け、赤色と緑色を実現するQD-OLED TV技術が注目されている。

<QD-OLED構造予測、参考:Samsung Displayブログ>

QDCFを用いるとQD材料のサイズを調整し、実現したい色を簡単に作リ出すことができ、色再現率の向上も可能となる。これによって、色の領域をBT2020まで拡大し、自然な色に近くより鮮明でリアルな画質を提供することができると見られる。また、QD-OLED TVは前面発光構造で、開口率を確保することが容易であるため、解像度と画面の均一度を向上させることもできる。

 

しかし、QD-OLED TVには青色OLEDの寿命と効率、インクジェットプリント工程技術の確保など、これから解決しなければならない様々な問題点がある。これに対し、業界では事業検討がまだ初期であることを鑑みると、QD-OLED TVの量産時期は2020年以降になると予測している。

 

QD-OLED TVがプレミアムTV市場に参入し、どのような変化の波を起こすのかに注目が集まる。

ブイ・テクノロジー、次世代OLEDマスクおよび蒸着技術開に向けた子会社設立と照明用OLEDパネルメーカーLumiotecの買収決定について発表

ブイ・テクノロジーは2月7日OLED用次世代蒸着マスク「ファインハイブリッドマスク(FHM)」の製造および次世代蒸着技術の開発に向け、山形県米沢市に「有機エレクトロニクス事業化実証施設」を設立し、OLED関連製品を開発・製造することを明らかにした。設備投資額は2~3年間で約50億円程度の計画中で、2018年4月に着工を開始し8月に竣工、10月にマスクサンプルの出荷を目指している。

 

ブイ・テクノロジーのFHMは、従来のFMM製造方式とは異なる電気鋳造(Electroforming)方式とノンテンション(Non-tension)構造を採用し、マスクの重さを従来比1/10程度まで下げたマスクである。重さの減少で自重によるマスクのたわみと影の影響(シャドー現象)問題を解決することができた。ブイ・テクノロジーは2017年4月に開催されたファインテック・ジャパン 2017で738ppiのUHDを実現可能なFHMを公開したことがある。

<ブイ・テクノロジーが公開したノンテンション構造のFHM>

またブイ・テクノロジーは照明用OLEDパネルメーカーLumiotecの全株式譲受けについて基本合したと発表した。Lumiotecは日本の照明用OLEDパネル専門会社として、室内照明の他に什器用や展示用など様々なOLED照明を供給している。

<Lumiotecのラウンジ照明、参考:Lumiotec>

ブイ・テクノロジーはLumiotecが保有している技術と事業ノウハウが自社グループの発展に貢献すると期待している。株式の譲受けは4月に行われる予定だが、譲渡価格などの情報については非公開となっている。

RGBインクジェットプリント技術、中小型OLEDにも採用されるのか

先日12月7日に韓国ソウル三成洞にあるCOEXで開催された「OLED/ディスプレイ下半期セミナー」で、Unijetのキム・ソクスン代表は、インクジェットプリント技術によって、550ppi以上のRGBピクセルを形成し、中小型OLED工程にもインクジェットプリント技術を採用できると発表した。

現在量産している5.5型モバイル機器のQHD解像度は550ppi程度で、Pentile構造であることを鑑みると実際には400ppi相当である。一方、RGBピクセルを形成するためのインクジェットプリント技術は、現在150~200ppi程度で、55型以上のOLEDに8Kの解像度まで実現できるが、中小型OLED工程への採用はまだ難しい。キム代表の発表通り、中小型OLED工程に550ppiを形成可能なインクジェットプリント技術が採用されると、5.5型でPentile構造を基準にUHD解像度を実現できる。

<サイズと解像度によるppi>

キム代表は「2012年にSingle droplet measurement技術による吐出量のバラツキは2.5%程度で、RGBプリントには実現できない技術だった。2017年にLaser droplet measurement技術で0.1um以下に吐出量を制御できるようになり、リアルタイムで内部の圧力を調整し、バラツキを0.1%以下に抑えた」と述べた。これにより、ピクセル構造とは無関係に550ppi以上のRGBピクセルを形成できると説明した。

最後にOLED RGBピクセル用インクは、溶媒の純度が非常に重要であると述べ、「パネルメーカーが求めるインク材料の開発が先に行われた上で、インクジェットプリントを常用化できる。2020年以降になると、本格的に量産ラインへ採用できる」と予想した。

【iMiD 2017】JOLED、プリント方式を採用したOLEDの開発動向と未来ロードマップを発表

先日18日から19日までの二日間、韓国ソウルにあるコンベンションセンターコエックスで開催された「IMID 2017 Business Forum」で、日本JOLEDの最高技術責任者(CTO)荒井俊明氏は、JOLEDのプリント技術と今後のロードマップなどについて発表を行った。

<JOLEDの最高技術責任者(CTO)荒井俊明氏>

荒井俊明氏は、現在220ppi程度で安定的なJetting(噴射)技術を確保したことを明らかにし、第8.5世代で300ppi以上の高解像度OLEDを開発しているものの、Jettingの正確度と安定性などの重要な問題があると述べた。また、プリント方式のOLEDに採用されるTG-TAOS(Top Gate-Transparent Amorphous Oxide Semiconductor)TFTを紹介し、低価格ながら優れた性能を発揮するため、OLEDのコスト削減に貢献できると説明した。

 

続いて、JOLEDの未来戦略を紹介し、韓国企業がリードしている小型と大型OLEDではなく、200ppi以上のタブレット用やモニター用中型OLEDを優先して取り組むことを明らかにした。JOLEDはOLEDパネルメーカーの中で唯一、2017年にプリント工程で21.6型4K RGB OLEDを公開し、試験的な出荷も実施した。

<プリント方式を採用したJOLEDの21.6型4K OLED>

日本経済新聞によると、JOLEDは本格的にプリント方式を採用したOLEDを量産するために、1,000億円規模の投資を打診していることが明らかになった。また、荒井俊明氏は今年の4月からプリント工程で製造したOLEDの試をセットメーカーに提供し始めたと述べ、2018年下半期の量産開始を目指していると明らかにして発表を終えた。

超高画質解像度(UHD)のOLEDスマートフォン時代の幕は開くのか

最近スマートフォン機器によるVRコンテンツ体験が増える傾向にあり、高解像度スマートフォンが求められているが、2014年に初めてGalaxy Note4にQHD OLEDが採用されて以来3年間、OLEDスマートフォンの解像度は変わらずQHD程度に留まっている。
OLEDスマートフォンの解像度を決定する鍵は、発光層の蒸着工程である。現在、採用されている上向式蒸着方式は、基板とFMM(Fine Metal Mask)を水平にして蒸着装置の上部に配置した後、下部のリニア蒸発源に有機物を蒸発させてRGB発光層を形成する方式である。

 

UHD以上の高解像度OLEDを製造するためには、厚さ15um以下の薄いFMMが必要となるが、FMMが薄くなるほどパターニング、引張、溶接などの技術的な問題が生じ、量産に採用することは容易ではい。

 

このような問題を改善するために、垂直型蒸着、面蒸発源蒸着、様々なメタルマスクパターニング(Metal Mask Patterning)技術が開発されている。

 

基板とFMMを垂直に配置する垂直型蒸着装置は日本の日立が初めて開発し、キヤノントッキもFinetech Japan 2013で、第6世代垂直蒸着方式の装置を公開したことがあるが、現在量産には採用されていない。

<Finetech Japan 2013で公開したキヤノントッキの第6世代垂直型蒸着装置>

しかし、最近の電子新聞によると、米国Applied Materialsが第6世代フレキシブルOLED用垂直蒸着方式の蒸着装置を開発したことを明らかにし、日本のジャパンディスプレイでテストしている。

 

リニア蒸発源ではなく、面蒸発源を用いた蒸着方式も検討されている。面蒸発源蒸着方式は、まず有機物を金属面に蒸着した上で面蒸発源を製造し、それを再蒸発させて基板に有機物薄膜を形成する原理である。iMiD 2017でOLEDONのファン・チャンフン代表は、面蒸発源蒸着方式を採用することで、2250ppi高解像度のOLEDを実現できると述べた。

 

Metal Mask Patterning技術としては、主に電気鋳造 (Electro Forming)とレーザーパターニング技術が挙げられている。電気鋳造方式は韓国のWave ElectronicsとTGO Technology、日本のアテネなどのメーカーが開発中で、レーザーパターニング技術は韓国AP Systemsが開発している。

 

このように様々な観点から高解像度OLEDを実現するための開発が、現在の問題を改善し、OLEDスマートフォンのUHD解像度の実現に貢献できるかという点に大きな注目が集まっている。

<OLEDONが開発した面蒸発源蒸着技術の原理>

Cynora、TADFはOLED機器の高解像度の実現とパネルのコスト削減に貢献

9月22日に韓国ソウルにあるコンベンションセンターコエックスで開催された「Global Materials Tech Fair 2017」で、ドイツCynoraの韓国パートナー企業であるEM Indexのコ・チャンフン代表は、現在Cynoraが開発中のBlue TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence)の開発動向について発表した。

 

<EM Indexのコ・チャンフン代表>

 

一般的に青色発光材料は、赤色と緑色に比べ寿命と効率が低い。そのため、モバイル機器用OLEDパネルでは青色の画素サイズを他の画素より大きくし、TV用パネルでは青色発光層を2回積層している。このような青色発光材料の限界を突破するために開発を進めている材料が、青色TADFである。

 

コ・チャンフン代表は「青色TADFの採用によって寿命と効率が改善し、画素サイズを大きくする必要がないため、高解像度を実現しやすい。モバイル機器においては高解像度を実現できると同時に電力消費を削減でき、TVにおいては青色発光層を1層形成するだけなので、パネルのコスト削減に優れている」と強調した。

 

続いて、最近Samsung Venture InvestmentとLG Displayによる2,500万ユーロ規模の投資は、青色TADFが注目されているということを証明すると説明した。

 

主要OLEDパネルメーカーが求める青色TADFの効率、寿命、色の純度に近づいていると明らかにし、2017年末には要件を満たすことができると予想した。

<Cynoraにおける青色TADF開発の進捗状況>

 

最後に、2018年末まで緑色TADFを開発し、2019年末まで赤色TADFを開発するという今後のロードマップを紹介し、TADFがOLED製品の高解像度の実現とパネルのコスト削減に大きく貢献すると付け加えた。

<CynoraにおけるTADF製品の開発ロードマップ>