SID2017でのトピックスを中心に、最新のFPD技術を解説

現状技術とその課題、今後の開発の方向性を早掴みできます！

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著者

鵜飼 育弘　氏　Ukai Display Device Institute　代表

【経歴】
1968年 大阪大学 卒業、同年ホシデン(株) 入社
1979年から主にトップゲート型a-Si TFT-LCDのR&Dおよび事業化に従事。
1989年 Apple Macintosh potableに世界で初めて10型モノクロ反射型a-Si TFT-LCDが採用された。
世界で初めて民間航空機（ボーイング社777）コックピット用ディスプレイとしてTFT-LCDが採用された。
スペースシャトルのコックピット用ディスプレイとしても採用された。 Du Pontとa-Si TFTとSeによる
直接変換型X線ディテクタ（FPD：Flat Panel Detectorを開発実用化。
1999年 東京工業大学から工学博士号授与される。同年3月退職（退職時、開発技術研究所参与）。
1999年 ソニー(株)入社 STLCD技術部長としてLTPS TFT-LCDの量産立ち上げに従事。
世界で初めてガラス基板上にLTPS TFTによるシステム・オン・パネルの量産。
2002年からモバイルディスプレイ事業本部担当部長及びコーポレートR&Dディスプレイデバイス開発本部
Chief Distinguish Engineerとして、技術戦略・技術企画担当。 In-Cell化技術を学業界に提唱し事業化を推進した。
2008年3月 ソニー(株) 退職
2008年4月から現職

【その他】
九州大学大学院、大阪市立大学大学院非常勤講師歴任
矢野経済研究所 客員研究員
応用物理学会シニア会員 Society for Information Display Senior Member
「薄膜トランジスタ技術のすべて」「実践ディスプレイ工学」など著書多数

趣旨

▼解説内容のポイント・一部ご紹介▼

▼SID2017の基調講演でAUO社が語った「The Warring States Era of Display Technologies」
　└TFT-LCDがこれからも優勢である理由とは
　└ポストスマートフォンとして期待される車載ディスプレイとその要求仕様
　└今年のトピックス、マイクロLEDの可能性と課題
　└ディスプレイ技術の推移と将来予測

▼LCD・液晶ディスプレイの進化を支える要素技術
　└各社のHDR対応技術／「臨場感」「実物感」「没入感」の感覚は、
　　　ディスプレイの各性能パラメータとどう関係している？
　└OLEDと比べて色再現範囲に劣るLCDの対抗策として注目される量子ドット(QD)の導入技術
　　・従来のカラーフィルタ方式と比較した、色再現性と光透過率、消費電力の比較
　　・QDによってLCDの広色域化や低消費電力化のメカニズム。
　　・QDのBLUへの実装方法―オンエッジ方式・表面実装方式、オンチップ方式、
　　　それぞれの特徴、長短所
　　・白色LED BLUとCF／量子ドットBLUとCF、量子ドット・カラー・フィルタの
　　　発光・色再現範囲の比較
　　・Nanosys社の量子ドット・カラー・フィルタを例に、使用材料とその要求特性、
　　　フィルム作製の検討例、実用化課題
　└OLEDに負けじとLCDもフレキシブルへ～
　　・プラスチック基板の適用や液晶セル構造、インセル偏光板、基板レス化、
　　　BLUのフレキシブル化等の検討例

▼OLED・有機ELディスプレイの製造プロセス・装置、部材開発の最新動向
　　└LCD vs OLED、LCDに勝つためには何が必要か？
　　└現在量産化されているフレキシブルAMOLEDの製造プロセス・装置を詳述
　　　・駆動TFTのレーザーアニールプロセス、装置
　　　・有機膜のパターン蒸着に用いられるファインメタルマスク
　　　・レーザリフトオフプロセスとその装置
　　　・OLEDに必要不可欠な高レベルなガスバリア性の実現に向けたバリア材料と封止技術
　　　・SID2017で発表された革新的製造技術

▼シリコンTFTに迫る有機トランジスタ技術
　　└有機半導体材料および作製プロセスの検討例を解説。従来の無機系TFTの
　　　性能にどれほど近づくことができているのか？

▼マイクロLEDディスプレイとはどのようなものか？
　　└ピック・アンド・プレイス技術で実装する「直視型ディスプレイ」と
　　　半導体集積化技術で実装する「マイクロLED
　　　マイクロディスプレイ」の2つを解説。海外企業の取り組みを中心に、
　　　製造プロセスや得られたディスプレイの性能など
　　　についてレビュー。

▼OLEDに迫るQLED(量子ドットディスプレイ)
　　└SID2017の中から、4つ発表をレビュー。
　　└OLEDとの違いや、QLEDディスプレイの構造。
　　└性能向上に向けた材料、デバイス作製プロセスの検討例、実用化に向けた課題とは？

目次

はじめに

Chapter1 ディスプレイの技術推移

　1.直視型フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display：FPD）
　　1.1 没入感（Immersiveness）
　　　　1.1.1 空間解像度（Spatial Resolution)
　　　　1.1.2 時間解像度(Temporal Resolution)
　　　　1.1.3 コントラスト（Contrast）
　　　　1.1.4 色再現範囲 (Color Gamut)
　　　　1.1.5 量子化率（Quantization）
　2.TFT-LCD vs. OLED
　3.フレキシブルディスプレイ
　　3.1 フレキシブル基板材料
　　　　3.1.1 光学特性（透過率など）
　　　　3.1.2 熱安定性
　　　　3.1.3 バリア性
　　3.2 フレキシブルディスプレイの製造方式
　　3.3 ディスプレイの種類とTFTへの要求性能
　　3.4 フレキシブルディスプレイ用透明導電膜
　　3.5 TFT材料とフレキシブル性
　　3.6 ディスプレイの進化とフレキシブルディスプレイ

Chapter2 Display Week 2017の基調講演

Chapter3 TFT-LCDの高コントラスト化技術

　1.AUO社の2層構造LCDによる画素レベルのローカル・ディミングが可能なHDR対応LCD
　2.LG Display社の2層構造LCDによる高コントラストIPS モードLCD
　3.ソニーの高品位LCD-TV
　　3.1 Back-light Master Drive（バックライト マスタードライブ）
　　3.2 X1 Extreme（エックスワン エクストリーム）
　　3.3 X-tended Dynamic Range PRO（エクステンディッド ダイナミックレンジプロ）
　　3.4 HDRリマスター
　　3.5 デュアルデータベース分析
　　3.6 Super Bit Mapping 4K HDR（スーパービットマッピング 4K HDR）
　　3.7 高品位映像
　　3.8 広色再現範囲化
　4.パナソニックのコントラスト比100万対1のIPS-LCD
　　4.1 特徴
　　　　4.1.1 業界初 従来比600倍の高コントラスト比100万対1以上
　　　　4.1.2 最大輝度1,000cd/m2で安定動作が可能
　　　　4.1.3 既存の液晶パネル製造設備での製造が可能

Chapter4 TFT-LCDの広色再現範囲化技術

　1.量子ドット（Quantum Dot：QD）とは
　2.量子ドットによるTFT-LCDの広色域化
　3.量子ドットのBLUへの実装方法
　4.SIDにみる量子ドット適用BLU
　　4.1 Nanosys社
　　4.2 QD Vision社
　　4.3 3M社とNanosys社
　　4.4 量子ドットの価格推移とTVパネルへの搭載
　5.カラーフィルタへの量子ドット適用
　　5.1 目的
　　5.2 光学モデル
　　5.3 材料と作製方法
　　5.4 サンプル作製
　6.実用化への課題

Chapter5 フレキシブルディスプレイ

　1.フレキシブルAMOLEDと製造工程
　　1.1 エキシマレーザアニール(ELA: Excimer Laser Annealing) 装置
　　　　1.1.1 ELA装置システム構成
　　　　1.1.2 プロセス技術
　　1.2 局所レーザアニール装置（AEGIS-ANL）
　　　　1.2.1 固体レーザとアニール方法
　　　　1.2.2 マイクロレンズアレイ(MLA)設計仕様
　　　　1.2.3 試作したTFTの特性
　　　　1.2.4 AEGIS-ANLと従来のELA装置
　　1.3 ファインメタルマスク（FMM）とレーザマスク加工装置
　　　　1.3.1 オプトピアの短パルスレーザを用いたマスク投影法
　　　　1.3.2 ブイ・テクノロジーの超高精細蒸着マスク
　　1.4 レーザリフトオフ（LLO）
　　　　1.4.1 オプトピアのLLO装置
　　　　1.4.2 日本製鋼所のLLO装置
　　1.5 ファインセルカット
　2.SID2017に見る革新技術
　　2.1 ウエットケミカルレーザプロセス
　　　　2.1.1 低温ポリシリコン作製プロセスの課題
　　　　2.1.2 実験方法
　　　　2.1.3 結果
　　2.2フォトリソグラフィによる色塗分け技術
　　　　2.2.1 目的と背景
　　　　2.2.2 精細度1000ppiの実証
　　　　2.2.3 パターニングAMOLED
　　　　2.2.4 さらなる高精細化
　　　　2.2.5 パターニング後のOLEDの寿命
　　　　2.2.6 結論と展望
　3.フレキシブルLCDの基本構造
　　3.1 極薄PI基板によるフォルダブルLCD
　　3.2 フレキシブルバックライトシステム
　　3.3 反射型フレキシブルLCD
　　3.4 In-Cell型染料系偏光フィルムを用いたTN-LCD
　　3.5 基板レスLCD
　　3.6 ジャパンディスプレイ(JDI)のフレキシブルTFT-LCD
　　　　3.6.1 フレキシブルOLEDとプラスチックLCDの比較
　　　　3.6.2 基板材料の選択
　　　　3.6.3 セル構造とプロセスフロー
　　　　3.6.4 試作シートLCDの特性
　　3.7 AUO社のフレキシブルTFT-LCD
　　　　3.7.1 プラスチックディスプレイ技術比較
　　　　3.7.2 基板材料の選択
　　　　3.7.3 プラスチックLCDのセル構造と製造工程
　　　　3.7.4 プラスチックLCDの光学特性
　　　　3.7.5 プラスチックLCDのバックライトユニット(BLU)
　　　　3.7.6 ロールTFT-LCD
　　3.8 FlexEnable社の有機TFT駆動フレキシブルLCD
　4.バリア膜、封止材料の要求事項
　　4.1 背景
　　4.2 標準ガスバリアフィルム
　　4.3 実用化、開発事例
　　　　4.3.1 東ソーの高性能ガスバリア材料
　　　　4.3.2 東レのハイバリアフィルム
　　　　4.3.3 ランテクニカルサービスのOLED封止技術
　　4.4 まとめ
　5.視認性向上に求められる材料技術
　　5.1 日東電工の極薄偏光板
　　　　5.1.1 偏光板の技術動向と課題
　　　　5.1.2 偏光板の収縮対策
　　　　5.1.3 高光学特性を有する極薄板偏光板の開発
　　　　5.1.4 超薄型高光学特性偏光板
　　　　5.1.5 まとめ
　　5.2 大日本印刷の低反射フィルム（2017年高機能フィルム展）
　　5.3 ダイセルの機能フィルム（2017年高機能フィルム展）
　　　　5.3.1 アンチグレア（AG：AntiGlare）フィルム
　　　　5.3.2 高硬度で屈曲する透明フィルム（矛盾両立）
　　　　5.3.3 高硬度で打ち抜き可能な透明フィルム（さらばレーザ）
　　　　5.3.4 擦り傷がつきにくい高硬度フィルム（傷に負けない、キレイを守る）

Chapter6 薄膜トランジスタ（TFT）

　1.TFTの種類と特徴
　2.プロセス温度と各種TFTの移動度
　3.各種TFTの移動度と曲げ半径
　4.有機半導体材料の開発動向
　　4.1 シンポジウム趣旨
　　4.2 東京工業大学未来産業技術研究所の半那純一、飯野裕明、臼井孝之、岡村 寿から
　　　「有機FET 用液晶性有機半導体の現状と実用化に向けた課題」と題した招待講演
　　　　4.2.1 PE用有機トランジスタ材料に求められる特性
　　　　4.2.2 低分子材料と高分子材料比較
　　　　4.2.3 単結晶材料と多結晶材料
　　　　4.2.4 Sm層を発現する液晶性有機FET材料
　　　　4.2.5 液晶性有機TFT材料の到達点と残された課題
　　　　4.2.6 まとめ
　　4.3 東京工業大学 未来産業技術研究所 飯野准教授講演の
　　　「実用的な有機トランジスタ特性を示すPh-BTBT-10」(論文番号:16p-302-8)
　　　　4.3.1 ボトムゲートボトムコンタクト構造と作製プロセス
　　　　4.3.2 TFT特性
　　　　4.3.3 低電圧駆動
　　　　4.3.4 FETデバイスの耐熱性評価
　　4.4 三菱化学科学技術研究センター(2017年4月1日より三菱ケミカル)
　　　　村瀬友英氏の「有機半導体ポリマの高移動度化」
　　　　4.4.1 高分子有機半導体の狙い
　　　　4.4.2 有機半導体ポリマの分子設計
　　　　4.4.3 FET特性
　　　　4.4.4 まとめ
　　4.5 BASF社のOTFT関連材料
　　　　4.5.1 プリンテッドエレクトロニクスにおけるBASF社の戦略
　　　　4.5.2 OTFT用材料とプロセス
　　　　4.5.3 有機誘電体インク
　　　　4.5.4 まとめ
　　4.6 DICの取り組み（ICFPE2016）
　　　　4.6.1 有機半導体材料
　　　　4.6.2 誘電体材料
　　　　4.6.3 電極材料
　　　　4.6.4 プリンテッドエレクトロニクスに対するR&D
　　　　4.6.5 全工程印刷によるOTFTと特性
　　　　4.6.6 まとめ
　5.有機半導体によるCMOS
　　5.1 なぜN型有機半導体材料が必要か
　　5.2 両極性半導体のキャリア制御
　　5.3 有機両極性半導体
　6.ミストCVD
　　6.1 各種成膜法とミストCVD法
　　　　6.1.1 各種成膜法
　　　　6.1.2 ミストCVD
　　　　6.1.3 ミストの特徴とミストCVDの可能性
　　　　6.1.4 世代別結果
　　　　6.1.5 まとめ
　7.FLexEnable社のOTFTの特性

Chapter7 マイクロLED(Light Emitting Diode)

　1.マイクロLEDとは
　2.ピック＆プレイス技術を用いた直視型マイクロLEDディスプレイ
　3.半導体集積技術を用いたマイクロLEDマイクロディスプレイ
　4.マイクロLEDはLEDの用途を最大化する
　5.マイクロLEDの開発・実用化状況
　　5.1 ボンディング
　　5.2 ウェハボンディング
　　5.3 薄膜転写
　6.実用化されているマイクロLEDの事例
　　6.1 ソニーCrystal LEDディスプレイシステム
　　　　6.1.1 特徴
　　　　　　　?ソニー(株)独自開発の極めて微細なLED
　　　　　　　?高コントラストと広色域の豊かな映像表現
　　　　　　　?最大120fpsのフレームレートでなめらかな動画像の再現が可能
　　　　　　　?RGB 10bitドライバ搭載による優れた階調表現
　　　　　　　?広視野角（約180°）
　　　　　　　?画素ピッチ1.26mmのスケーラブルでシームレスなディスプレイシステム
　　6.2 LEDマイクロディスプレイ
　　　　6.2.1 OLEDマイクロディスプレイの特徴と課題
　　　　6.2.2 画素回路の設計と駆動方法
　　　　6.2.3 性能検証
　　　　6.2.4 新規開発M-OLED
　　　　6.2.5 今後の展望

Chapter8 量子ドットLED（QLED）

　1.QLEDの外部量子効率(EQE)推移
　2.QLED用電荷発生接合(Charge Generation Junction:CGI)
　3.QLEDの課題と展望
　4.最適化されたシェル層によるQLEDロールオフ低減
　5.まとめ

おわりに

　・知財戦略
　・コモディティー化
　・プラットフォーム戦略の構築
　・若い研究者、技術者へのメッセージ