ブックタイトル進化するフラットパネル・ディスプレイ技術

概要

進化するフラットパネル・ディスプレイ技術

10 SEAJ Journal 2018. 4 No. 161サークルクロスコーポレーションフェローアナリスト小お野の　記き久く雄お第１回：フレキシブルOLED の効率改善１．はじめにスマートフォン用液晶ディスプレイ（LCD）に有機EL素子（OLED）が高画質とフレキシブルの強みで挑戦、結果として表示デバイスシェアの変化が訪れている。これはフラットパネル・ディスプレイ（FPD）として小型機器分野だけでなく、車載用やリビングの大型機器へも生活スタイルを変える提案として拡大する勢いがある。本年開催されたコンシューマ・エレクトロニクス・ショー（CES）には巻き上げ型TV やタイル組み合わせで表示サイズを変えられる壁型TV が展示された。これらには、フレキブルOLED やμ LED の新しい表示デバイスが使われている。また、画質や効率革命を目指して量子ドット（QD）を画素の色毎に配置したQD デバイスの開発も進んでいる。今後、これらの新表示デバイスは現在全用途分野でシェアトップのLCD 市場に挑むことになる。本稿では、これらの新表示デバイス技術を取り上げ、基本構造、動作原理を解説、さらに画質や効率（消費電力）の解析あるいは計算を行う。これにより技術課題を明らかにしていく。今回より新表示デバイスの技術内容に関して、複数回の連載をスタートする。第1回目はフォーダブルに向けて効率改善を目指す小型用フレキシブルOLED である。２．フレキシブルOLED の構造２－１　製法と基本構造OLED（Organic Light Emitting Diode）はその名の通り陽極と陰極の間に有機材料の発光層を挟んだ2端子のダイオードである。このダイオードを含む表示デバイスを総称としてOLED と呼ぶ。日本では有機EL（OrganicElectroluminescence）と呼ぶ場合も多いが海外ではOLEDが標準である。図１はスマートフォンに搭載されているフレキシブルOLED の平面及び断面構造である。図１の左の断面図はスマートフォンにおいてカバーガラスを除くディスプレイ部分の機能層断面である。平面写真は500 ppi（インチ当たりの画素密度）クラスのOLED を撮影したものである。画素の色配置はダイヤモンドペンタイルと呼ばれている。図の右下は、平面写真のⅠ - Ⅱ切断線に沿った青（B）画素の断面構造の中で、ポリイミド層（PI）から封止膜（TFE）までの部分を抜き出したものである。OLED はその名の通りダイオードなので、具体的には陽極と陰極及びこれに挟まれた有機発光層の部分を指す。図に示したOLED は上面に光放射するトップエミッション（TE）構造と呼ばれる。光を取り出すために、陽極は反射電極（銀（Ag）上に仕事関数調整で酸化インジウム錫（ITO）を成膜）、陰極には透明電極材料が用いられる。ただし、発光層の厚みは、スペクトル半値幅を狭くして色再現性を向上するように共振設計されている。陰極と陽極間での光の多重反射の共振を利用するので、現実には陰極は反射機能も持つ半透過電極（マグネシウム銀（MgAg）薄膜上にITO を成膜）が用いられる。また、有機発光層は現実には、効率を上げるために正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層のような複数機能の積層構造となっている。封止膜（TFE）は湿度汚染に弱いOLED を保護するもので、水分遮断性の高いシリコンナイトライド（SiN）あるいは透明有機樹脂とSiN の多層膜で構成される。図２はフレキシブルOLED の製造工程を3段階に分けて示している。製造工程を解説する。バックプレーン工程はガラス基板上への耐熱性ポリイミド（PI）多層膜の成膜に始まり、その上部に低温ポリシリコン（LTPS）の薄膜トランジスタ（TFT）を形成する。TFT は正孔を主伝導とするP 型が標準である。陽極をパターニング後に、有機樹脂材料を用いて形成したバンクで画素分離を行う。ここまでのガラス基板は第5.5もしくは6世代サイズが主流である。成膜は化学気相成長法（CVD）、スパッタ、パターン形成・加工はホトレジストの露光現像その後ウエットあるいはド新連載円偏光板粘着材フィルムタッチセンサ粘着材TFE(SiN 2~3層）OLED on TFTPI/SiO2/PIPET接着材or粘着材駆動TFT(PMOS LTPS) PI:ポリイミドGS D陰極(半透過）発光層陽極（反射）OLED発光領域（開口部）TFE:封止膜（SiN)バンク（ポリイミド） バンク平坦化膜上面発光（TE）BG 陽極ⅡⅠ平面写真進化するフラットパネル・ディスプレイ技術図１　スマートフォン用フレキシブルOLED の断面構造