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すずりしどり
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1 有機 EL デバイスと生産プロセス現状と将来の可能性 2009 年 4 月 28 日有機薄膜研究会技術コンサルタント當摩照夫

2 1. はじめに最近の話題目次 2. 有機 EL の基礎有機 EL とは有機材料と素子構造有機 EL の特徴最新の特性 3. 有機 EL ディスプレイ有機 EL ディスプレイの優位性有機 EL ディスプレイデバイス開発の歴史現状と課題市場動向 4. 有機 EL 照明の現状と課題有機 EL 照明の優位性現状と課題将来展望 5. 有機 EL デバイスの生産工程有機デバイスの特殊性有機成膜プロセスプリンティング手法の導入 6. まとめ夢の実現に向けて

3 有機 EL がより身近に有機 EL テレビと有機 EL 携帯テレビの CM にも登場 Sony 11 インチテレビは日本に続き米国欧州市場にも携帯電話は日本韓国そして米国欧州へ新しいアプリも登場携帯テレビピクチャーフレーム等サムソンから 3.2 インチ VGA タッチセンサー付き携帯登場 KODAK Nokia から OLED 搭載携帯登場有機 EL 搭載 au 携帯 S001 Sony Ericsson

4 有機 EL 大型テレビへの挑戦 25~40 インチテレビの発表相次ぐ SONY 27 inchi prototype Samsung 40 inch prototype FPD International 2008 にて展示 SGS TFT バックプレーンを使用サムソン電子 31 インチ有機 EL テレビプロトタイプ at SID 08 CMEL 25 inch prototype FPD International 2008 にて展示

5 有機 EL とは有機材料を用いた薄膜発光デバイス有機半導体による PIN 発光 Organic LED(OLED)

6 Dr.Tang s Paper Alq Diamine 600A 700A

7 有機 EL とは Dr. Tang の発明のポイント有機薄膜を用いた発光素子 Alq 陰極 (Mg-Ag) N N O Al O O N 50~100 nm 電子輸送層ホール輸送層 TPAC CH 3 = 10 5 cm2/vs H 3 C 陽極 (ITO) H 3 C N N CH 3 ガラス基板 = 10 3cm2/Vs 陰極と陽極の間にホール輸送層発光層電子輸送層をサンドイッチ各層の厚さは 20~30 nm 有機薄膜は蒸着スピンコートインクジェット等で形成される

8 低分子有機材料現在生産されている有機 EL はほぼ全て低分子型多層構造を取る真空蒸着により成膜される最近低分子材料のインク化の試みが盛ん高輝度での耐久性が大幅に改善赤色緑色では既に実用レベルの実力青色でさらなる改善が望まれる

9 代表的な低分子 OLED 材料の例 Hole injection materials Hole transport materials CH 3 N N CH 3 N N N N Cu N N N N N N N N N N CH 3 CH 3 MTDATA Cu-PC TPD NPB Emissive materials (hosts) Electron transport materials CH 3 N O Al O N O N C HC CH C N O Al O N O N Alq (Green) DPVBi (Blue) Alq NC CN H N O N O t-bu O DCM2 (Red) Qd (Green) Perylene (Blue) N H

10 高分子有機 EL 材料共役系高分子多機能性材料による 2 層構造塗布型プロセス --- 大型パネルに対応可長寿命化に課題高純度化多層化非共役系高分子 --- ホスト高分子に燐光発光高分子を結合

11 低分子 vs 高分子低分子積層型有機 EL 高分子型有機 EL 陰極電子注入層電子輸送層発光層ホール輸送層ホール注入層陽極 (ITO) ガラス基板陰極多機能発光層バッファー層陽極 (ITO) ガラス基板機能別に 5~6 層を積層蒸着が主流性能寿命ともに進んでいる現在生産されているのは低分子タイプ 2~3 層構造ひとつの層にいろいろな機能を持たせる塗布型インクジェットが主流性能面では低分子型に後れを取る

12 低分子 vs 高分子低分子高分子分子量数千数十 ~ 数百万作製プロセスドライプロセス真空蒸着ウェットプロセススピンコーティング印刷デバイス構造多層構造多機能小数層構造パターニングマスク蒸着インクジェット等の印刷現状の課題複雑な層構造高精細パターニングが困難性能特に寿命に課題プリンティング技術の最適化市場導入

13 有機 EL の基本特性 1. ダイオード特性発光輝度は電流に比例発光開始は3V 程度の低電圧 2. 発光効率が高く高輝度 3. 入力電流に対する応答が極めて早い 4. 発光色は材料の変更で自由に変えられる Luminance ( cd/m 2 ) Current density ( ma/cm 2 ) (a.u) 1 EL 発光 Current density ( ma/cm 2 ) Driving voltage ( V ) 駆動電圧 (V) Time 200 ns/div

14 有機 EL の特徴 1. 有機半導体 LED 高効率低消費電力高輝度高コントラスト高速応答 2. 有機材料を用いたアモルファス薄膜発光大面積面発光デバイス無定型基板フレキシブルデバイス薄型軽量ディスプレイ 1. 高輝度高コントラスト視野角に依存しない画質 2. 優れた動画特性 3. 低消費電力薄型軽量照明 1. 平面拡散照明 2. 高効率低消費電力 3. 薄型軽量

15 有機 EL は大きな期待を受けているが課題はまだまだ山積残された課題 1. 基本デバイス性能さらなる発光効率の向上純青りん光材料の実現駆動電圧の低減デバイス構造の最適化 (PIN 構造 ) 大幅な長寿命化 2. 生産技術成膜とパターニング封止技術低コスト化

16 最近の低分子有機 EL 材料特性例各社の HP より編集 Color 材料タイプ CIE(X,Y) Efficiency (cd/a) Lifetime (hrs) Initial Luminance Blue 出光 ( 低分子蛍光 ) (0.14, 0.16) 7 12,000 1,000 UDC( 低分子りん光 ) (0.14, 0.13) 9 NA NA SUMATION( 高分子 ) (0.14, 0.20) ,000 Light Blue 出光 ( 低分子蛍光 ) (0.17, 0.32) 12 21,000 1,000 UDC( りん光 ) (0.16, 0.29) 21 3, Green 出光 ( 低分子蛍光 ) (0.33, 0.63) 30 60,000 1,000 UDC( 低分子りん光 ) (0.36, 0.61) 56 75,000 1,000 SUMATION( 高分子 ) (0.29, 0.64) 16 78,000 1,000 Red 出光 ( 低分子蛍光 ) (0.67, 0.33) ,000 1,000 UDC( 低分子りん光 ) (0.66, 0.34) ,000 1,000 SUMATION( 高分子 ) (0.67, 0.32) 10 67,000 1,000 White 出光 ( 低分子蛍光 ) (0.33, 0.39) 16 70,000 1,000 UDC( 低分子りん光 ) (0.38, 0.39) 33 4,000 1,000

17 有機 EL の発光過程基本的に無機半導体 LED と同等の発光過程電子三重項励起子熱失活ホール一重項励起子内部量子効率 1 重項励起子からの発光 : 蛍光 3 重項励起子からの発光 : りん光発光デバイス内部損失外部へ発光光取り出し効率 ηext 外部量子効率 = 内部量子効率 x 光取り出し効率

18 りん光発光一重項励起からの発光が蛍光三重項励起からの発光がりん光蛍光 : りん光 =1:3 りん光を活用しないと 75% のエネルギーが無駄になる一般的に三重項励起は室温では観測されないこの状況をプリンストン大の Baldo 等がブレークスルー量子収率が理論上 100% に!

19 最新のりん光材料 UDC( 米国 ) での進展赤緑においては充分に実用レベル全りん光白色素子で 100 lm/w を達成 PHOLEDs CIE Color Coordinates External Quantum Efficiency (%) Luminous Efficiency (cd/a) Lifetime to 50% L o (hrs) Initial Luminance (cd/m 2 ) Voltage [V] Deep red (0.67, 0.33) ,000 1, (0.66, 0.34) ,000 1, Red (0.64, 0.36) ,000 1, Green (0.36, 0.60) ,000 1, (0.38, 0.59) ,000 1, 青色は色合いの改善が進んだ CIE(0.16, 0.14) 寿命はまだ大幅改善が必要

20 青色リン光材料 UDC における進展マイクロキャビティとの組み合わせで Deep Blue が実現高効率化長寿命化も大きく前進発光効率 :45 cd/a, 20% EQE 初期輝度 500cd/m2 で半減時間 15,000 時間を達成色相はスカイブルー λmax = 472 nm

21 駆動電圧の低減一対の電子 - ホールペアからどれだけ発光するか内部量子効率どれだけ光をデバイスの外へ取り出せるか外部量子効率次の課題は如何に容易に電子 - ホールを有機膜に注入し発光層まで輸送するか動作電圧の大幅削減エネルギー効率の向上対策 : 1. 注入障壁の最小化 2. 各層のモビリティの向上 LUM EA O Electron IP EF Barrier Recombination EF HOMO MgAg Hole ITO Injection Transportation TPD Alq 3 IP : Ionization Potential EA : Electron Affinity

22 光取り出し効率外部光取りだし効率 : 一般的には 20% 程度有機膜内導波これを大きくすることが有機 EL の発光効率を高めるために非常に重要基板内導波有機膜基板外部取り出し光対策 1. 基板表面に凹凸やマイクロレンズ加工を施す 2. 低屈折率基板を用いる 3. キャビティ効果を活用等が試みられている

23 有機 EL も高効率発光デバイスの仲間入り各種発光デバイスの性能発光効率 (lm/w) 動作寿命 ( 時間 ) 白熱電球 15~20 1,000~2,000 蛍光灯 60~100 3,000~10,000 白色 LED 30~60(100) >10,000 CCFL 30~60 10,000~60,000 ハロゲンランプ 20 ~3,000 有機 EL 10~30(64) >10,000 最近白色 OLED デバイスで 102 lm/w at 1,000 cd/m 2 を達成

24 代表的なディスプレイ技術 CRT (Cathode Ray Tube 発光型 FED (Field Emission Display) VFD (Vacuum Fluorescent Display) PDP (Plasma Display Panel) ガラス管 Display EL (Electro Luminescent Display) LED (Light Emitting Diode Display) OLED (Organic LED Display) 固体非発光型 LCD (Liquid Crystal Display) EPID (Electro-Phoretic Image Display) ECD (Electro-Chromic Display)

25 有機 EL ディスプレイの優位性 1. 他の方式を圧倒する最高の画質高いピーク輝度と完全な黒の沈み込みによる完璧なコントラスト輝度ばかりでなく色相もコントラストも変化しない完璧な広視野角液晶の千倍以上の高速応答性 2. 液晶方式に比べ 1/3 以下になる優れた低消費電力 3. シンプルな構造と環境に優しい有機材料を使用する真のエコロジー 4. オールプラスティック全薄膜による優れたフレキシビリティ 5. プリンティング手法の導入による低コスト生産

26 有機 EL の優れた画質有機 EL CRT 広いダイナミックレンジ白の突き抜けバックライト付き液晶輝度黒白白ピーク真の広視野角輝度色度コントラスト NTSC100% を超える色度有機 EL バックライト付き液晶視野角 CRT

27 LED バックライト付き液晶 vs 有機 EL 入力電力がどれだけ光として取り出せるか光学フィルム光学フィルム LCD 導光板 LCD 最終の光透過率は 5% 程度 LED OLED 光の利用率は 15% 以上が期待される

OLED Panel 液晶と有機 EL の消費電力比較 100 100 LCD Panel 消費電力(% )Back Light ON Back Light OFF LCD Panel 75 50 25 0 1 100 75 力(50 % )25 Power needs to be

28 OLED Panel 液晶と有機 EL の消費電力比較 LCD Panel 消費電力(% )Back Light ON Back Light OFF LCD Panel 力(50 % )25 Power needs to be supplied only to ON Pixels 0 All White OLED Panel 100 消費電 100 % Static Picture Motion Picture 50% 30% Ratio of On Pixels 15 Icons in Black Back 15%

29 ディスプレイデバイスにするには全面発光ドットマトリクス照明バックライト向けディスプレイ向け

30 パッシブ駆動 Anode Driver 高輝度パルス発光 Cathode Driver Luminance A B C OEL Panel Time

31 アクティブ駆動 data line 連続発光 Address line Luminance A B C TFT + OEL Panel Refreshing Time

32 パッシブ vs アクティブパッシブ : アクティブ : シンプルな構造低コストしかしながら瞬時高輝度発光のため寿命が短く電力効率も不利ライン数に制限製品レベルでは 100 ライン程度が限界従ってパッシブではドットマトリックス構造で 1 インチクラスが現実的には限界セグメント表示に適する効率高くライン数に制限なし 2 インチ以上の高精細パネルはアクティブが必須 TFT 基板を必要とするのでコストは高めとなる有機 EL に特性を合わせた TFT の開発を要する

33 3 つのカラー化方式 1. RGB 塗り分け現在の有機 EL 生産での主流高精細メタルマスクを用いた真空蒸着インクジェット等の印刷生産プロセスでは大型基板での高精細パターニングが大きな課題 RGB 発光層 2. 白色発光 + カラーフィルター高精細パターニングがないので現実的効率が低い効率改善のためRGBW 構成が必要複雑高効率長寿命白色発光素子が必要 3. Blue Emitter+CCM(Color Changing) Filter 色変換層の効率と耐久性の改善要高効率長寿命の青色発光素子が必要白色発光層カラーフィルター青色発光層 CCM 層

34 封止技術カバーガラス捕水剤 ( シート ) 接着層ガラス基板有機 EL 層封止技術は有機 EL の今後を大きく左右する基幹重要技術現状の主流は上記のように捕水剤を必要としているため高コストでかつ薄くできない今後捕水剤封止捕水剤なし密着封止膜封止

35 有機 EL パネルの構成部材 (1) < 基板 > パッシブ型 ITO ガラス充填剤発光反射防止フィルター封止ガラス陰極有機層 ITO 透明電極基板 STN 液晶用の ITO ガラスを流用但し表面の平滑性については厳しい要求サイズは 370x470 が標準 Zoom Passive Column Driver 有機 EL ピクセル陰極陽極 (ITO) Row Driver TCP に実装された駆動 IC パッシブ型有機 EL アクティブ型 TFT 基板現状モバイル用は低温ポリシリコン (LTPS)TFT が主流駆動回路を内蔵する但し液晶用 TFTをそのまま使うことは困難補償回路つきアクティブ型有機 EL Zoom Active Row Driver Column Driver 内蔵駆動回路有機 ELピクセルゲートライン TFT コモンラインドレインライン

36 有機 EL パネルの構成部材 (2) < 有機材料電極材料 > 1. 陰極 Al Mg-Ag 等が一般的 2.EIL LiO 2 LiF が最も普通 3.ETL EML HTL HIL すべて基本的に有機材料であり材料メーカから各種材料の提案がある発光色毎の最適組み合わせなどもあり各社のノーハウとなっている 4. 陽極 ITO が一般的であるがトップエミッション構造では反射性が必要で Cr 等の金属陽極も用いられる各層の膜厚は数 nm から数百 nm と非常に薄く材料歩留まりが悪いと言っても使用料は少ない充填剤陰極電子注入層電子輸送層発光層ホール輸送層ホール注入層陽極発光反射防止フィルター封止ガラス陰極有機層 ITO 透明電極基板 Cathode EIL ETL EML HTL HIL Anode 有機 EL 素子の基本的構成

37 有機 EL パネルの構成部材 (3) < 封止材料 > 従来型 - ボトムエミッション用反射防止フィルター 1. 封止カバーガラス製乾燥剤を封入するため凹みを付ける必要があるサンドブラストエッチングなどが用いられ高価充填剤発光封止ガラス陰極有機層 ITO 透明電極基板 2. 捕水剤 (Moisture Getter) 酸化バリウム酸化ストロンチウム等を練り込んだシート接着層 Moisture Getter( シート ) ( 乾燥剤 ) 3. 接着剤エポキシ系が一般的発光従来型の封止構造有機 EL 層

38 有機 EL パネルの構成部材 (4) < 封止材料 > 改良型 - トップエミッション用 1. 封止カバー平板ガラス充填剤発光 2. 充填剤適度な粘性と接着性適切な光学特性有機 ELにダメージを与えない安定性捕水機能を併せ持てばさらに良い生産性高いプロセスが大きな課題 3. バリア膜透明で封止性高いこと有機 EL 膜にダメージを与えない生産性の高いプロセス現状では CVDによるSiN 系の膜が最も実績があるが生産性コストに接着層有機 EL 膜大きな課題各種スパッタも要検討 4. 接着剤エポキシ系反射防止フィルター ITO 透明電極発光密着封止構造封止ガラス陰極有機層基板充填剤パッシベーション

39 有機 EL パネルの構成部材 (5) < 反射防止フィルター > 円偏光板フィルターソニーの STE 構造ではカラーフィルターを用いる充填剤発光反射防止フィルター封止ガラス陰極有機層 ITO 透明電極基板 < 駆動回路部品 > パッシブ駆動型 TCP フレキ基板等に IC を実装しガラス基板に圧着 IC は専用 IC 液晶用の流用はできない Passive Column Driver Row Driver パッシブ駆動 TCP に実装された駆動 IC アクティブ型低温ポリシリコン TFT では駆動回路を基本的に内蔵その他制御用 IC 電源 IC などそれぞれ専用設計 Active Column Driver Row Driver アクティブ駆動内蔵駆動回路

40 有機 EL と液晶の構造比較有機 EL ディスプレイパネル断面液晶ディスプレイパネルパネル断面偏光板反射防止フィルター位相差板封止ガラスガラス基板透明電極充填材発光陰極有機層液晶層配向膜オーバーコート層カラーフィルタ TFT 基板 ITO 透明電極位相差板 TFT 基板発光 LED 偏光板バックライトユニット

41 有機 EL ディスプレイ市場導入の歴史 1987 年 : Dr. Tang s Paper 1997 年 : パイオニア世界初の有機 EL ディスプレイの市場導入 1999 年 : サンヨー / コダック低温ポリシリコン TFT を用いた 2.4 インチアクティブフルカラーパネルを試作 2000 年 : TDK 白色 + カラーフィルターパッシブパネルを市場導入 2001 年 : SNMD 携帯電話のメイン表示向けにフルカラーパッシブパネルを市場導入 : emagin シリコンチップ組み込み型 0.72 インチフルカラー AM 有機 EL ヘッドマウントディスプレイを市場導入 2002 年 : Philips 単色高分子有機 EL パネルをシェーバー向けに市場導入 : 携帯電話サブディスプレイに有機 EL 進出 2003 年 : SK Display 低温ポリシリコン TFT を用いたフルカラー AM 有機 EL パネルをデジタルカメラ向けに市場導入 : 携帯電話サブディスプレイカラー化 2004 年 : Sony PDA 向けにトップエミッションフルカラー AM 有機 EL パネルを市場導入 MP-3 プレーヤに有機 EL 搭載始まる 2006 年 : Sanyo 3.5 インチ AM フルカラーパネル ( 白 + カラーフィルター ) をハイビジョンムービーに搭載 2007 年 : Sony CE ショーにて 27 インチと 11 インチの完成度の高い AM フルカラーパネルを展示 12 月には 11 インチ有機 EL テレビを日本市場に投入 : KDDI/AU メインディスプレイに 2.2 インチ AM フルカラー有機 EL 搭載の携帯電話を日本市場に導入 2008 年 : Sony11 インチ有機 ELTV を欧米に展開 : コダック 7 インチ AMOLED のフォトフレームを製品化 2009 年 : サムソン 3.2 インチ VGA タッチセンサー付きパネル導入

42 History of OLED Device

有機 EL ディスプレイ市場の現状はパッシブパネルは 1~3 インチの小型パネルが実用化された

世界の生産量は年間 7 千万個以上売り上げは 500 億円以上アクティブパネルは 2~3.

携帯電話のメイン表示にも数多く使われて本格的アクティブ元年になった美しい画質と薄型形状は高い評価を得たしかし

43 有機 EL ディスプレイ市場の現状はパッシブパネルは 1~3 インチの小型パネルが実用化された携帯電話のサブディスプレイ携帯用ミュージックプレーヤのディスプレイまたカーステオの表示デバイス等として定着した世界の生産量は年間 7 千万個以上売り上げは 500 億円以上アクティブパネルは 2~3.5 インチパネルがデジカメ PDA 等に搭載された 2007 年にはは 11 インチ有機 EL テレビが登場し携帯電話のメイン表示にも数多く使われて本格的アクティブ元年になった美しい画質と薄型形状は高い評価を得たしかし現状は 1~3 インチの小型パネルがほとんどで応用範囲も限られているなぜか? 液晶に対し有機 EL の性能優位性がはっきりせず高コスト体質からも脱却できていない

44 2008 年の有機 EL パネル市場 2008 年有機 EL 出荷数量見通し :76,050 K unit/ 年前年比 2 % 増 2008 年有機 EL 出荷金額 : 5 億 9 千万ドル ( 日本円換算 : 約 534 億円, 前年比 20 % 増 ) Display Search 社による有機 EL の出荷数量は横ばい金額はアクティブパネルの増加により増加パッシブパネルの出荷数量は微減だが金額は単価下落により大幅ダウンアクティブの携帯向けが成長が予測を下回る TV 向けはまだ水面下

45 有機 EL ディスプレイ市場直近の予測世界的な経済の減速により当面大きな伸びは期待できないしかし各分野で新しい流れを模索携帯電話メインパネルでも VGA タッチセンサー付きが新たな流れに有機 EL にも登場 NOKIA Samsung など主要携帯電話メーカーでの採用が期待される TV 向けはもう少し時間が必要

46 有機 EL ディスプレイ市場将来動向予測 Display Search 社の予測では今後 2015 年まで年率 40% の上昇 2015 年には FPD 全体の 5% に達し市場規模は 60 億ドル ( 約 6,000 億円 ) 以上その間 FPD 全体では年平均 3% の上昇今年から携帯電話メインディスプレイの有機 EL 採用が加速する有機 EL 加速の条件技術課題の克服特に発光性能向上とコストダウン照明などディスプレイ以外のアプリへの展開フレキシブル化など新技術開発の加速

47 照明分野でのエネルギー消費全世界 (2005) 出典 : Light s Labour s Lost -- Policies for Energy-efficient Lighting (International Energy Agency) 総エネルギー使用量 13,700 TWh 照明 ~ 2,600 TWh ~ 19% 二酸化炭素排出量 - 約 1,900 M トンに相当この後の 25 年間に全世界での照明でのエネルギー消費量は約 1.6 倍に増大する見込み松下電工作成資料 ( 年平均 1.9% の増加を仮定した場合 )

48 固体照明 (SSL) の優位性高発光効率低消費電力電球 20 lm/w 蛍光灯 80 lm/w に対し 100 lm/ 以上が可能環境負荷物質を使用しない紫外赤外を放射しない信頼性の高い固体構造シンプルな構造で低価格

49 2 つの新らしい照明技術 LED vs OLED LED 高輝度点光源ものを照らし出す Illumination OLED 大面積拡散光源全体を明るく Lighting Source 両者は競合ではなく相互に補完

50 有機 EL 照明への期待環境問題解決への貢献 LED Lighting との比較 : 点光源 vs 面光源全く違う応用分野 TFT 基板に悩む必要が無いフレキシブル化が容易発光効率動作寿命コストなどの課題克服が条件

51 ディスプレイと照明要求性能の違いディスプレイ照明輝度 500~1,000 cd/m2 3,000~ cd/m2 色 RGB 飽和度 White 演色性寿命 5 万時間以上 1 万時間以上 (1,000cd/m2 換算では10 万時間以上 ) 課題大判化高精細パターニング TFT バックプレーン封止大判化封止熱制御より厳しいコスト

52 有機 EL 照明デバイスの試作例 Lumiotec の試作デモ山形有機エレクトロニクス研究所の試作品デモ Philips Lighting の試作デモ

53 2009 Lighting Fair での各社展示 Lumiotec ローム ( 株 ) 山形有機エレクトロニクス研究所

有機 EL 照明課題と取り組み発光効率の向上現状 20 lm/w 蛍光灯 (80 lm/w) にいつ追いつけるか目標は 100~150 lm/w 高輝度の達成 5.000~10.

54 有機 EL 照明課題と取り組み発光効率の向上現状 20 lm/w 蛍光灯 (80 lm/w) にいつ追いつけるか目標は 100~150 lm/w 高輝度の達成 5.000~ cd/m2 演色性大面積薄型構造熱伝導性も考慮したバリア膜を用いた封止技術低コスト化 ( 大判高速成膜封止など ) フレキシブル特に Roll-to-Roll で塗布による生産

55 新らしい照明技術有機 EL 照明はヨーロッパからヨーロッパでは有機 EL 照明の研究開発が国家レベルで盛ん多くの国家プロジェクトが進行環境意識の高さ CO2 削減水銀削減ヨーロッパでは照明に対する要求が異なる照明は一般的に日本より暗い好まれる色温度も低いデザイン重視独特の文化照明産業はヨーロッパで古い伝統と歴史大手メーカも多数 Philips, Osram, Siemens 等々 FPD 産業が衰退する中照明産業は健在

56 ヨーロッパの OLED 照明プロジェクト OLED100.eu CombOLED FAST2LIGHT AEVIOM Rollex 等々各国各組織のファンディングによる数億 ~ 数 10 億円規模の大型プロジェクトが目白押し

57 有機 EL 照明の市場予測有機 EL 照明の市場拡大は性能生産技術の改善次第 2012 年に LED 照明に追いつき 3,000 億円市場という強気の見通しもある比較的スペックの要求が緩く環境対策に非常に積極的なヨーロッパから普及が始まる

58 有機 EL デバイス生産プロセスガラス基板 ITO 陽極 TFT プロセス LTPS a-si 等洗浄有機膜製膜陰極製膜蒸着インクジェット等蒸着スパッタ等封止カバー洗浄金属缶ガラス等保護膜製膜 CVD スパッタ等捕水剤シートリキッド等封止貼り合わせ外部部品 ( 反射防止フィルム駆動 IC 等 ) 取り付け

59 有機 EL デバイスの特殊性ナノメータースケールの超薄膜成膜時に同時にパターニング成膜後のフォトリソ工程は不可多層積層大型ディスプレイ照明用には大面積成膜有機材料の特性を生かしてインク化塗布が可能

60 有機膜成膜プロセス < 低分子材料の蒸着 > 有機材料の蒸発は 300 度以下の低温度基板加熱も無い蒸発プロセスでは材料精製も同時に行われる多層積層も比較的容易しかし最大の問題は高精細パターニング現状はメタルマスクを用いる大型基板化精細度コストに限界がある現状は Gen4 のハーフカットが最大メタルマスクを用いた蒸着

61 有機 EL ディスプレイ成膜とパターニングに対する要求基板サイズと精細度の要求仕様大判成膜とパターニング中小型パネル G4 基板からG5あるいはそれ以上 3インチでVGA 300 ppi 大型 TV 液晶との競合 G6 以上フルハイビジョンは必須いずれの場合もタクトタイムは 2 分以下提案されている解決手法塗布法低分子積層型 vs 高分子レーザー転写 LITI vs LIPS

62 塗布型 vs レーザー転写ドナーフィルム有機膜 R G バンク B vs 有機膜基板塗布プロセスレーザー転写

63 塗布型低分子有機 EL 積層構造を踏襲塗布プロセス従来よりある高分子材料に加え低分子材料をインク化積層デバイス構造 DuPont 三菱化学セイコーエプソン /UDC 等で検討が進んでいる性能は蒸着素子レベルに急激に近づきつつある Cathode EIL ETL EML HTL HIL Anode 蒸着塗布

64 DuPont, DNS, CMEL Solution Processed OLED SID2008/FPD International 2008 にて

65 塗布型有機 EL の課題材料の安定性改善インク Formulation の最適化成膜条件の安定化標準化パターニング精度 150 ppi の壁をどう破るか大型高速塗布機の開発各色共通の HTL ETL 材料の開発

66 LITI プロセス 3M/Samsung SDI 3M が特殊フィルムドナーを供給 Samsung SDI でプロセス開発既に 300 ppi の高精細パネルも試作されている SID 05 にて

67 ソニー LIPS 方式 (Laser Induced Pattern-wise Sublimation) SID07 におけるソニーの発表資料より

68 レーザー転写の課題材料性能の劣化防止特に寿命プロセスのシンプル化デバイス構造のシンプル化大型高速レーザー描画装置の開発各色共通の HTL ETL 材料の開発

69 マスク蒸着の大型化追求塗布型有機 EL もレーザー転写も難度の高い課題が多く量産レベルでの解決には時間が必要大型有機テレビの実現を最短時間で図るなら白色発光有機 EL+ カラーフィルターが現実的 SID 08 では発表が多かったしかし白色の複雑なデバイス構造色再現範囲写り込み防止など課題もあるマスク蒸着の大型化が最も現実的か Gen5 Gen6 をねらう? 縦型基板搬送が必須効率の高いリニア蒸発源マスク塗り分け層を最少におさえ共通層を多用する

70 封止プロセス有機 EL 高性能化と低コスト化のキーテクノロジー有機 EL は水分に極端に弱い初期状態大気中に放置 86 H 15 H 284 H 大気との遮断が必須条件従来の封止性能と比較して 2~3 桁の性能向上が必要水分透過率 (WVTR) で 10 ー 5 ~10 ー 6 g/m 2 day のレベル現状では測定限界を超える生産では捕水剤を用いることが多い 200μm 大型化高輝度化に伴い放熱性の重要度が増大有機 EL の大型化薄型化と低コスト化の鍵を握る

71 性能と生産性の両立が困難な封止膜欠陥の無い SiN 等の無機膜はバリア膜として充分な性能を有するバリア膜 SiN SiON Al 2 O 3 等プロセスは CVD あるいはスパッタリング高速成膜とダメージフリーの両立が大きな課題ピンホール亀裂などの欠陥が問題下地の影響を避けるために平坦化膜を敷く場合もある平坦化膜平坦化のため厚膜と付き回りの良さが必要有機膜を用いることが多い高速成膜とダメージフリーの両立が大きな課題多層化有機膜 / 無機膜あるいは無機膜 / 無機膜の多層化が試みられている現状は平坦化膜 / バリア膜は複数セット必要

72 有機 EL 生産評価装置材料基本素子性能 CV 測定輝度効率測定光学測定寿命測定プロセス膜厚測定水分透過率評価環境パーティクル評価クリーン度評価等々

73 フレキシブル有機 EL パネル有機 EL の真の特徴はプラスティック基板をと膜封止を用いたフレキシブルパネルで発揮される薄い軽い割れない曲げられる安い携帯機器用ディスプレイパネルとして究極の姿プラスティック基板有機 EL 膜バリア膜

74 フレキシブル有機 EL ディスプレイの課題他のディスプレイ技術がまねの出来ない有機 EL の独壇場 < 実現への課題 > 膜封止以外にも駆動回路 (TFT) プラスティック基板上の Si 系 TFT は実現が難しい有機 TFT の開発盛ん最近低温スパッタ成膜可能な酸化物半導体が注目浴びるしかしいずれにせよ実用化に時間がかかる TFT の要らないフレキシブル有機 EL 照明デバイスが先行する可能性大

75 フレキシブル有機 EL パネルの試作例 Sony OTFT AMOLED at SID 07 Pioneer GE Flexible OLED Display with TFT on Stainless Foil by UDC/LG

76 オールプラスティックデバイス全固体全薄膜フレキシブル高効率省エネルギーシンプルなデバイス構造生産プロセス Low Cost, Less CO2 環境負荷物質フリー Most Economical, Ecological and Emotional Next generation Display Technology

77 プラスティックエレクトロニクスがもたらすもの出版文化とエレクトロニクスの融合新しい文化の創造真のエコロジー天然資源の直接消費から有機合成材料の賢い消費へ

78 Future Newspaper 電子ペーパ - 有機 TFT 有機 OPV OLED 等全員集合 Future Flexible Newspaper All Printed!! 広告動画ディスプレイ Plastic Battery Printed Circuits 通信メモリーなど

79 まとめ有機 ELにとって <2008 年 > 大飛躍に向けた準備の年 <2009 年 > 大飛躍のスタートの年の予感課題はまだ多く重い材料プロセス装置の三位一体の開発が重要有機 EL は真のエコロジーエレクトロニクスと出版の融合による大革命の先導役

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..... 兆円約 5.1 兆円年 2010 年約 12 兆円小型中型大型車載パネル用ビデオ . 1 ..... 兆円 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 0.1 0.2 0.7 1.2 0.3 約 5.1 兆円 1.1 1.5 2000 年 2010 年約 12 兆円 0.3 0.5 1.5 2.2 3.4 2.5 1.5 小型中型大型車載パネル用ビデオカメラ用デジタルカメラ用電卓用等携帯電話用携帯情報端末 (PDA) 用ノートPC 用デスクトップ