TV向け第8世代QD-OLEDへの投資額は？

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最近、UBI Researchが発行した『AMOLED製造・検査装置産業レポート』では、Samsung Displayが開発を始めたQD-OLEDへの投資額がどれくらいなのかを分析した。

Samsung Displayが目指しているQD-OLEDは、青色OLEDから放出される光が量子ドット（Quantum Dot、QD）材料を通って緑色と赤色に分離され、RGBの3色を実現する方式で製造される。QD材料を通り抜けた光は、再びカラーフィルターを通り、さらに豊かな色を表現できるようになる。

このようなQD-OLEDの製造方式は、LG DisplayのWRGB OLEDと似ている部分が多い。まず、TFTは2社ともにOxide TFTを使用している。WRGB OLEDは青色が2回塗布され、その間に赤色と緑色が蒸着される。それに比べ、QD-OLEDは青色材料のみ2回蒸着して製造される。蒸着用マスクは、両方ともオープンマスク（Open Mask）を使用する。

QD-OLEDとWRGB OLEDのカラーフィルターの製造費は同様であると考えられるが、QD-OLEDの場合、QD材料をコーティングする装置を追加導入しなければならない。

本レポートによると、モジュールとセル、封止、蒸着装置は、同じ装置が使用される可能性があり、投資額もほぼ同様になると予想される。しかし、WRGB OLEDは背面発光方式のため、TFTを含めたバックプレーンを製造する際に同時に形成される反面、QD-OLEDは前面発光方式のため、上部のガラス基板にカラーフィルターを個別に形成し、その上に再度QD層をパターニングして製造する。その結果、QD-OLEDにはWRGB OLEDより高い投資額が必要となる。

第8世代の26Kを基準に投資額を計算してみると、QD-OLEDは11億米ドルで、10億7,000万米ドルのWRGB OLEDに比べて1.03倍高くなることが見込まれる。一方、JOLEDが事業化を進めている印刷方式OLEDの製造に必要な投資額は8億8,000万米ドルで、QD-OLEDの80%程度になるとみられる。

Foldable OLEDの核心、カバーウィンドウの競争激化

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<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。

Material Science、中国最大のOLED製造メーカーに赤色プライム層材料を量産供給

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OLED材料メーカーのMaterial Scienceは、来月の8月から赤色プライム層材料を中国最大のOLED製造メーカーに、量産供給することを16日明らかにした。

赤色プライム層材料は、赤色を発する発光層（EML）と正孔輸送層（HTL）の間に蒸着され、発光効率を高める材料である。陰極から出た電子がEMLを過ぎてHTLまで侵入しないように防ぐことで、OLED発光効率を高くするため、OLED機器の使用時間を増やすことができる。

Material Scienceが開発した赤色プライム層材料は、2016年に中国LTOPTOと設立した合弁会社LTMSで生産して供給する予定だ。合弁パートナーのLTOPTOは、LCD用液晶とOLED原料などを生産する化学会社である。

LTMSは昨年の2017年上半期に、中国陝西省西安に量産設備を構築し、今回の契約によって8月から稼働を開始する。LTMSは現在、月産500㎏規模の生産設備を備えているが、今後、中国内のOLEDメーカーと追加供給の契約が締結されれば、月産1tまで生産設備を拡大する予定だ。月500㎏という生産能力は、第6世代OLEDの生産ライン6本（マザーガラス投入基準で月9万枚）に供給できる規模である。

UBI Researchが発行した『AMOLED Emitting Material Market Track_1Q18』によると、赤色プライム層材料市場は、2018年から2022年まで年平均成長率35%を記録し、2022年には2億4,800万米ドル規模になるとみられる。

FlexiGO、Foldable材料の耐久性を正確に評価できるFolding装置開発

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最近、Samsung ElectronicsとHuaweiがFoldable OLEDを搭載したスマートフォンの発売を目指していると知られ、Foldableスマートフォンに注目が集まっている。

ディスプレイメーカーは、従来の基板やカバーウィンドウに使用していたガラス材料をプラスチック材料に変えており、プラスチック材料の耐久性が重要事項となっている。

耐久性試験には様々な種類があるが、最も代表的な耐久性試験はFolding試験である。Folding試験は、プラスチックを含むFoldable材料を、繰り返し折りたたんだり広げたりする試験で、Foldable材料の一方は固定板に、他の一方は回動板（Rotating plate）に固定させた後、回転板を機械的に回動運動させる装置が主に使用されている。

しかし、既存の装置はFoldable材料と回動板の軸が異なり、回動運動時にFoldable材料が材料本来の回動経路ではなく、回動板の回動経路に沿って移動するため、Foldable材料に引張力が作用する可能性がある。このような問題を解決するために、最近、FlexiGOはFoldable材料の耐久性を試験するFolding装置‘Foldyシリーズ’を開発した。

<FlexiGOのFolding装置、参考：flexigo.co.kr>

Foldyシリーズは、既存の固定板と回動板の他に、固定板の進退運動を支えるモーションコントローラーを追加することで、Foldable材料が本来の回転経路で移動するように誘導し、材料に他の応力が与えられないようにした。モーションコントローラーにスライド装置が搭載され、固定板は進退運動、回動板は回動運動を行い、Foldable材料が回動板でスライド運動できるようにすることが特徴である。

Foldyシリーズには、Micro visionとSurface profiling、Colorimeterが含まれており、Foldy-10とFoldy-100など、製品によって試験環境を変えながら耐久性評価を実施することができる。他にも、検査システムを追加搭載できるため、様々なFoldable材料の正確な耐久性試験が可能になると期待されている。

8K OLED TV、下半期には見られるのか？

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プレミアムTV市場の競争がさらに激しくなる見込みだ。SonyのOLED TV市場参入とLG Electronicsの攻撃的な価格下げによって、プレミアムTV市場でOLED TVのシェアは拡大している。しかし、LCD陣営では8Kの高解像度戦略で対応しており、プレミアムTV市場に広がるOLEDの勢いを止めることができるのかに注目が集まっている。

 

Sharpは既に昨年から8K LCD TVを世界で初めて販売し、Samsung Electronicsも今年始めのCESで8K TVを展示したことに続き、下半期には8K QLED（QD-LCD）製品を発売する予定だ。OLED陣営では、LG DisplayがCESで88型8K OLED TVを展示したが、8K OLED TVを下半期に発売できるのかはまだ分からない。

 

現在、量産が進んでいるOLED TVは、背面発光（Bottom emission）構造で、TFTを通して採光するため、ピクセルでTFTを除いた部分から光が放出される方式だ。そのため、同じサイズのTVでも、解像度が高くなるほどピクセルサイズは小さくなるものの、TFTサイズの減少には制約があるため、光が放出される範囲がさらに狭くなる。同じサイズで高解像度を実現するためには、開口率を最大限に高めるか、または発光材料の性能を改善する必要がある。

 

開口率を向上させる方法には、前面発光（Top emission）構造の採用がある。前面発光構造は、光がTFT方向ではなく、封止方向に放出されるため、背面発光構造より高い開口率を確保することができる。しかし、現在、不透明なメタルシートの封止を、透明な材料に変えなければならないことや、カラーフィルターを封止の上側に形成するために、工程を変更しなけらばならないという問題が生じる。

 

発光材料に関しては、青色TADFや新しい青色材料の開発が積極的に行われている。LG Displayが公開した88型8K OLED TVには、背面発光構造が採用されているため、画面密度が約100 ppiとなり、現在販売されている55型4Kの80 ppiより20%高い。単純にディスプレイ全体のサイズとピクセルサイズを比較してみると、55型4Kのピクセルが88型8Kのピクセルより約40%ほど大きいという計算ができる。

 

つまり、55型4Kと同レベルの輝度と寿命を確保するためには、TFTの設計を最適化し、発光材料の性能を向上させ、40%小さくなるピクセルサイズをカバーしなければならない。

 

果たして8K OLED TVはこのような問題を全て解決し、今年の下半期に本格的な発売開始が予想される8K LCD TVに立ち向かい、無事に発売できるのか、業界の関心が寄せられている。

プレミアムTV市場をリードする 大面積OLEDへの投資額は？

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■ WRGB OLEDとソリューションプロセスOLED、QD-OLEDへの投資額を比較分析
■ 2018年から2022年までのOLED製造装置市場は588億米ドル、検査装置市場は84億米ドル規模になる見込み

最近、プレミアムTV市場ではOLED TVのシェアが拡大を続けている。OLED TVは、WRGB OLEDにカラーフィルターを採用した構造で、現在は唯一LG DisplayがOLEDパネルを量産している。

そこで、Samsung DisplayはプレミアムTV市場でWRGB OLEDに対抗するために「青色OLED + 量子ドットカラーフィルタ（Quantum Dot Color Filter、QDCF）」を開発していると知られている。青色OLEDはOLEDから発される青色光が量子ドット層とカラーフィルターを通り抜け、赤色と緑色を実現する技術である。

<QD-OLED構造の予測>

UBI Researchは、先日6日に発行した『AMOLED製造・検査装置産業レポート』で、最近注目を集めているWRGB OLEDとQD-OLEDの構造や投資額を分析した。さらに、大面積OLEDでReal RGBを実現することができるということから、関心が高まっているソリューションプロセスOLEDへの投資額も分析し、比較を行った。

第8世代の26Kを基準に、装置への新規投資額を分析した結果、QD-OLEDへの投資額はWRGB OLEDと比べて3%高く、ソリューションプロセスOLEDへの投資額はWRGB OLEDより19%低いことが確認された。

QD-OLEDへの投資額には、個別に形成されたQDカラーフィルターを貼り合わせる追加工程に関する内容が、またソリューションプロセスOLEDへの投資額には、QDカラーフィルターが取り除かれたことや、蒸着装置の代わりにインクジェットプリンターが導入された内容が反映されている。

他にも、2018年から2022年までのOLED装置市場全体の予測も提供している。同期間中の市場規模は、1,067億米ドルに達する見込みで、そのうち製造装置は588億米ドル、検査装置は84億米ドルになると予想される。

<2018~2022年のOLED装置別市場シェアの展望>

OLED装置市場全体、2019年に315億米ドル規模へ

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■ 2018年から2022年までOLED装置市場規模は、1,067億米ドルまで拡大

■ 同期間中、中国は64%・韓国は29%のシェアで投資をリード

OLED向け装置市場全体の規模は、2018年から2022年まで1,067億米ドルに達する見込みである。

UBI Researchが発行した『1H18 AMOLED Equipment Market Track』によると、OLED向け装置市場全体の規模は、2018年から2022年まで1,067億米ドルになると予想される。投資規模は2018年に211億米ドル、2019年には315億米ドルで最大になるという。

<2018~2022年のOLED装置市場全体の展望>

UBI Researchのユン・デジョン研究員は、「今後5年のうち、2019年と2020年には、特に韓国と中国のパネルメーカーによる投資が多くなる見込みだ」と言い、「2019年まで韓国のパネルメーカーは大面積OLEDを中心に、また中国のパネルメーカーは中小型フレキシブルOLEDを中心に投資するとみられる」と明らかにした。

本Market Trackの国別OLED装置市場全体におけるシェアは、2018年から2022年まで、中国が64%、韓国が29%を占め、OLED装置への投資をリードすると予想される。2018年と2019年にグローバルパネルメーカーは、最大規模となる527億米ドルを投資するという。

<2018~2022年の国別OLED装置市場全体におけるシェアの展望>

今回のMarket Trackでは、OLED装置市場全体を分析するために、装置別と工程別、メーカー別、世代別、基板別など、詳しく分類した。各工程の物流装置と検査装置を含む投資額を算出し、タッチ関連装置は市場分析の対象から外した。

他にも、装置別平均販売価格（ASP）と2016年から2018年第2四半期までの四半期別装置の販売実績についても解説し、関連メーカーによる今後の開発方向と事業戦略策定、技術や市場トレンド分析の参考になると考えられる。

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？

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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。