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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

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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>

【IMID 2017】AP Systems、USPLからFMMの回答発見

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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>

超高画質のディスプレイカラーフィルター技術の開発

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超高画質の鮮明度を持ちながらも、価格はもっと安価である次世代テレビの常用化を早めることができるカラーフィルターの技術が開発された。

韓国研究財団（理事長　チョウ　ムジェ）はチュウ　ビョンコン教授（高麗大）の研究チームが鮮明で解像度の高い色を現すことができる相補型プラズモンカラーフィルターを開発したことを明らかにした。現在ディスプレイ産業で主に使われているカラーフィルターは顔料や染料を利用した光吸収の方式である。これは有機材料を基盤としているので化学的な安定性が低く、RGBフィルターを其々製造しなければならないので単価が高い。その反面に、無機材料を使う光干渉方式のプラズモンカラーフィルターは安い費用で多様な色のフィルターを同時に製造することはできるが、ナノ構造物の二次元配列から発生する色の干渉現象のため、色の純度が低下する問題点がある。

<ホール（ 陰刻）パターンと ドット（ 陽刻）パターン構造の 開口比率による透過 スペクトラム、出処：韓国研究財団>

研究チームは陰刻パターンに陽刻パターンを組み合わせる相補型の設計方法で既存の定型化されたパターン模様を脱皮する逆発想を適用した。陽刻パターンは既存の陰刻パターンを反転させた形相で透過型カラーフィルターに応用するのが難しいというのが学会の一般的な見方だった。しかし、研究チームは特定の条件にて陽刻パターンが短波長の漏洩を効果的に遮断することによって純度の高い赤色の抽出が可能であることを確認した。

その結果、相補型として設計されたプラズモンフィルターで色を具現する領域が以前より30％広がる結果を確認することができた。

＜製作されたホール（陰刻）パターンとドット（陽刻）パターン構造のプラズモニックカラーフィルター、出処：韓国研究財団>

また、プラズモンカラーフィルターはナノパターンの幾何学的な変数だけ調節すれば、赤色、緑色、青色など、多様な色相の具現が可能である。既存の材料と製造の方法をそのまま使えるため、追加的な費用の発生なく、性能を向上させることができる。

チュウ　ビョンコン教授は“この研究は相補型の設計方法を通じて高い色再現性のプラズモンカラーフィルターを開発したものである。この研究がナノ光学素子を結合させた次世代ディスプレイの開発を早めるきっかけとなると期待される“と研究の意義を説明した。

この研究成果は未来創造科学部の韓国研究財団の基礎研究支援事業（個人研究）、教育部・韓国研究財団のBK21支援事業などの支援を受けて遂行された。国際的な学術誌である ネイチャーの姉妹誌の サイエンティフィック・リポーツに1月13日付けで掲載された。

[IFA2016] LGエレクトロニクスの自信は一体どこからくるのか？

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LGエレクトロニクスがIFA2016において展示空間の5割ほどを使い有機ELテレビを披露した。展示会場を有機ELテレビで埋め尽くした。

言葉の必要がない展示だ。ただ見て楽しむだけでいい。

画質だけではなくデザイン面でも1枚ガラス板のようなスリムさを「Picture on glass」というコピーで披露した。
有機ELテレビが液晶テレビと比べてどんなところが良いかについては、もう言葉は必要ない。ただ見せるだけで十分。

去るCES2016の際にLGエレクトロニクスのブースは映画館のように暗かった。有機ELテレビの強みである「黒」をうまく表現しようとした狙いがあると思われるが、返って「有機ELテレビは暗い場所ではないと見づらい不完全な製品である」と思われてしまう恐れがある。

CES2016LGエレクトロニクスのブース:照明が非常に暗くてまるで映画館の様。
（写真のサイズを同じにしてください）
しかし、CES2016の天井照明とIFA2016の照明を比較してみると、違いがはっきりわかる。暗闇から抜け出した。LGエレクトロニクスが変わった。
LGエレクトロニクスが明るい空間でも有機ELテレビのメリットを引き立たせられる自信を得たのだ。LGディスプレーが生産しているテレビ用有機ELパネルの構造が、B（青）とYG（黄緑）を3つの層に積層する2色構造から、R（赤）・G（緑）・B（青）をすべて使用して3色を実現する3層構造に変わった。色の効率と明るさが圧倒的に向上したのだ。
もうこれ以上「暗闇の子」ではない。LGエレクトロニクスは今回の展示を通じて、堂々と液晶テレビと競争できる品質が確保できたという自信を披瀝した。

もちろん液晶テレビ事業は引き続き展開していることも表した。たくさんの有機ELテレビが展示されたエリアとは比べものにならないほど狭い空間に量子ドット（Quantum Dot：QD）技術を採用した液晶テレビを展示した。主役の座を譲り展示会場の一隅に展示された液晶テレビは、未だに液晶テレビが永遠に続くと信じている競合他社に対して、謙虚になるべき時代が近づいていることを示している。