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】Samsung Display、OLEDを採用したアプリケーションを多数公開

韓国Samsung Displayは、先日8月28日から31日まで韓国釜山にあるBEXCOで開催された「iMiD 2017」で、VR(仮想現実)とLight Field Displayなど、OLEDを採用した多くのアプリケーションを公開し、大きな注目を集めた。

 

<Samsung Displayの展示ブース>

 

まず、Samsung Displayは、VR向け460ppiの3.5型OLEDと806ppiの3.2型OLEDを比較展示した。関係者は「ppiが高ければ高いほど、優れた現実感と没入感が体験できる。現在、より高解像度のOLEDを開発している」と述べた。

 

<460ppiの3.5型OLEDと806ppiの3.2型OLEDの比較>

 

また、Samsung Displayは、Future Display ZoneでOLED Light Field Displayを展示し、AMOLED Zoneでは、来場者がLCDとOLEDを直接比較するコーナーを設けた。

 

関係者はLight Field Displayについて「パネルの上に光学レンズを搭載し3Dを実現した技術で、光の干渉効果を利用するホログラムとは少し異なる方式だ」と説明した。また「30°より広い視野角(Viewing Angle)を開発している。現在、ピクセル、レンズ配列、光学設計などの課題がある」と述べた。

 

<OLED Light Field Displayに関する説明と仕様>

 

AMOLED Zoneでは、LCDとOLEDのコントラスト比を直接比較体験できるようにパネルを展示した。OLEDのコントラスト比と色表現力は、LCDに比べ明確な差があり、関係者は「この差がGalaxyシリーズにOLEDを採用している理由だ」と語った。

 

<OLED(左)とLCD(右)の画質比較>

 

他にもSamsung Displayは、1.3型Circle OLEDと12型FHD OLEDなどを披露し、展示会の開催期間中に来場者の関心を大きく引き付けた。

【iMiD 2017】LG Display、77型透明フレキシブルOLED開発に拍車

韓国LG Displayのクォン・セヨル責任研究員は、8月30日に韓国釜山にあるBEXCOで開催中の「iMiD 2017」で、6月に披露した77型透明フレキシブルOLEDを紹介し、その実現のために採用された技術を発表した。

 

 

クォン・セヨル責任研究員は「OLEDはバックライトユニットが必要ない自発光なので、薄く製造できる。薄ければ薄いほど、柔軟性が向上し、OLEDはフレキシブルディスプレイを実現しやすくなる」と述べ、「今後サイネージとスマートデスクなど、様々な分野に採用できる」と予想した。

 

 

今回公開された77型透明フレキシブルOLEDは、輝度を向上するための前面発光方式で、従来のOLED TVや大型フレキシブルOLEDとは異なり、透明薄膜封止層を採用し、2枚のPolyimide基板が用いられた。

 

クォン責任研究員は「前面発光方式を実現するために、金属封止層の代わりに透明薄膜封止層を採用した。2枚のPolyimide基板にWhite OLED発光層とカラーフィルター層を形成して貼り合わせた。Polyimide基板の上下部には水分と酸素の浸透を防ぐために、バリアフィルムとマルチバリアが採用された」と説明した。

 

 

続いて「パネルの曲げ剛性(Flexural Rigidity)は、主に偏光板と封止層の厚みに影響を受けるため、柔軟性を向上するには厚みを減らさなければならない。封止層の厚さを100umから20umまで抑えると、柔軟性向上とともにOLEDモジュールに生じるひずみ(変更率、Strain)も0.36%から0.21%まで抑えることができる」と強調した。

 

他にも、Polyimideの複屈折現象による表面の反射、LLO(Laser Lift Off)工程時におけるPolyimideの性質によるレーザーの波長選択、柔軟性を持つOLEDモジュールの採用など、主要問題について、技術を開発し続けていると述べた。

 

LG Displayは、国家課題としてUHD(3840×2160)解像度、透過率40%、曲率半径80Rを持つ77型透明フレキシブルOLEDを世界で初めて開発したことがある。

【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。

【IMID 2017】AP Systems、USPLからFMMの回答発見

28日韓国釜山にあるBEXCOで開催された「iMiD 2017」で、韓国AP SystemsはUSPL(Ultra-short Pulse Laser、超短パルスレーザー)で、1000ppiの解像度を持つFMMの開発に成功したと発表した。

 

FMMは、画素とRGB有機物を蒸着するため、OLEDの解像度と歩留まり率を決める要素となる。現在のFMMは、主にエッチング(Etching)方式で製造されている。この方式は、微細パターンの精密度、厚さ、重さによるShadow現象が生じる問題があり、この問題を解決するためにレーザー加工、電鋳(Electro-Forming)など、様々なFMM製造工程が開発されている。

 

その中で、レーザー加工方式は、レーザーを照射する際に発生する熱(Thermal Effect)による微細な穴(ピンホール)の周囲にバリ(Burr)が生じるという問題がある。このバリは、FMMにおいてShadowの発生を増加し、RGB有機物を蒸着する際にパターンが重なる現象をもたらすことで、OLEDの解像度を低下させる。

 

AP Systemsはこのような問題を改善するために、バリ発生の現象を起こさず、テーパー角(Taper Angle)を制御する‘Burr-Free Laser Process’を開発した。

 

Burr-Free Laser Processは、単方向のパルスを一定回数に分けて短く照射する方式で、レーザーを 連続的に照射しないため、蓄えられていた熱エネルギーが最小化し、バリの発生を防ぐ。また、レーザーのエネルギーを制御することで、エネルギーを蓄えてテーパーを形成する方式である。

AP Systemsは、この方法について「1170ppiのFMMのみならず、微細な穴の形状が四角型、ダイヤモンド型、多角型などの様々な形状を持つFMMも製造した。また、USPL方式が採用された大面積FMMの製造装置の開発にも成功した」と説明した。

また、AP SystemsはFMM製造装置について「マルチビーム(Multi-beam)とUSPLが装着されており、生産性の向上とUHDの実現ができる」と付け加えた。

2014年にGalaxy Note4を発売した以降、まだOLEDの解像度はQHD程度に留まっている。高解像度(UHD以上)を持つOLEDを製造するためには、FMMが技術的に直面している様々な問題を解決しなければならない状況である。そのため、今後のOLED市場において、AP SystemsによるUSPL技術が、どのような影響をもたらすかに注目が集まる。

 

<AP Systemsが製造した1000ppi FMM>

 

<AP Systemsが製造した様々な形状のFMM>

【iMiD 2017】TCL、ソリューションプロセスOLEDとQLED開発に集中

中国TCL最高技術責任者(CTO)のXiaolin Yan氏は、29日韓国釜山にあるBEXCOで開催された「iMiD 2017」の基調演説で、White OLED TVの次なるプレミアム TVとして、ソリューションプロセスOLED TVと自発光QLED TVを挙げた。

Yan氏によると、現在のプレミアムTV市場をリードしているWhite OLED TVは、QD LCD TVに比べ優れた画質、独特のデザイン、高解像度の実現、自然に優しい特性で、プレミアムTVにおける全ての要件を満たしている。

 

また、現在のQD LCD TVより高く設定されている販売価格についても、ソリューションプロセスを採用することで改善できるようになり、2019年には量産が開始できると予想した。

 

Yan氏は「ソリューションプロセス工程は、マザーガラスを切り分けずに実施できるため、第10.5世代工程で簡単に75型パネルを生産できる。それだけではなく、前面発光方式のRGB OLED TVを生産することもできる」と予想した。そのためには、材料と装置の相性とインク形成工程技術の開発などが必要になると強調した。

 

 

続いて、自発光QLED TVについて「QLED構造は、OLEDと似た構造をしているため、参入ハードルが低く、技術を採用しやすい。現在のOLEDに比べ青色発光層の寿命と効率が非常に低いという利点があるものの、カドミウムを使用せずに性能を確保しなければならない」と語った。

 

最後には、ソリューションプロセスOLED TVと自発光QLED TVの実用化を目指して設立された中国Guangdong JUHUA Printing Display Technologyについて、次世代プレミアムTVを開発するためには、材料と装置メーカー、パネルメーカーの協力が必要だと強調した。

Merck、フランクフルトモーターショーで、未来の自動車に採用されるOLED材料を展示

ドイツMerckは、24日フランクフルトで開催されたIAA(International Motor Show) 2017に初参加し、自動車のテールランプ用OLED材料を展示することを明らかにした。

 

Merckは、OLEDの主要発光材料をディスプレイメーカーに供給している電子材料関連の専門企業である。今回の展示で、ディスプレイのみならず、次世代OLED産業として注目されているOLED照明産業においても、OLED材料の先導企業として地位を確立すると期待を集めている。

 

Merckは、L+B 2016で発光材料を用いたOLED照明パネルを展示し、IMID 2016で様々な車載用OLED材料を展示することで、OLED照明産業に積極的に参入するという意思を示した。

 

また、IAA 2017(展示ホール3.1、スタンドブースA21)で、未来の自動車(Car of Tomorrow)にOLED材料を含めたスマート化学材料がどのように採用されるか来場者に紹介する計画である。

 

Merck自動車プラットフォーム責任者のDieter Schroth氏は「Merckの材料は、既に自動車の機能性や審美性を向上するために多く用いられている。デジタル化と連結性が重視される時代において、Merckの技術はIAAで披露する以上の高い潜在力を持っている」と述べた。

 

テールランプ用OLED材料の他にも、スマートヘッドライトシステム、スマート衛星アンテナに採用される材料、内・外装材表面用顔料など、革新的で様々なソリューションを披露する計画である。

<Light and Building 2016で展示したMerckのOLED照明パネル>

 

<IMID 2016で設置したMerckの展示ブース>

Truly、2018年「フレキシブルOLCD」の量産開始

 

先日7月31日、フレキシブルディスプレイとセンサー用有機電子装置を開発する英国FlexEnableとディスプレイ製造する中国Trulyが技術移転とライセンス契約を締結したと発表した。今回の契約は、FlexEnableのフレキシブルOLCD(Oorganic Liquid Crystal Display)技術を2018年までTrulyの量産に採用することを目標にする。

 

OLCDは長寿命、高輝度、低コストの製造工程で大面積ディスプレイを実現できるディスプレイ技術として注目されている。また、フレキシブルディスプレイを採用した場合、曲率半径が20mm程度まで曲げることができるため、消費者向けの電子機器、スマート機器、自動車、デジタルサイネージなど、様々な分野での活用が期待されている。

 

FlexEnableによると、OLCDは低温工程で製造可能なFlexEnableの柔らかい有機薄膜トランジスタ(OTFT)に 、TACとPETなどの低価格プラスチック基板を用い、従来のTFT LCD生産ラインで製造することができると明らかにした。またOTFTは、アモルファスシリコン(Amorphous Silicon、非晶質シリコン)より優れた電気的特性いを持っており、プラスチックLCDは、Glass-based LCD同様の品質と信頼性を提供し、薄くて軽くて基板が割れない飛散防止特性がある。

 

Trulyは世界初となるOLCD量産開始に向け、中国広東省汕尾市にある従来の生産ラインで製造工程を構築すると知られている。Trulyによる初サンプルは、2018年初の公開予定で、2018年末には量産開始が可能になると見込まれている。

 

TrulyのR&Dセンター総括責任者KK Ho氏は「FlexEnableのOLCD技術は、TFT-LCD産業において画期的な製品で、薄くて軽いだけでなく、耐久性にも優れており、革新的なデザインを開発することができる。Trulyは現在、顧客からフレキシブルディスプレイ、特にウェアラブル機器、スマート家電、電気自動車、自立走行車などに関する問い合わせを受けている。OLCDは大変興味深い技術で、潜在市場規模が大きい」と述べた。

 

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。