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フォトリソグラフィ方式によるOLEDプロセス: 次世代ディスプレイの革新に向けた課題とチャンス

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Applied Materials社のMAX OLED™によるパターニングプロセス

Applied Materials社のMAX OLED™によるパターニングプロセス

OLED技術は、その優れた画質と柔軟性により、スマートフォンのディスプレイの中心となっている。 FMM(fine metal mask)プロセスは、現在、スマートフォンなどの中小型OLEDディスプレイのRGBサブピクセルをパターニングするために主に活用されている技術である。

しかし、従来のFMM方式は、開口率(約30%)の限界、電気抵抗の増加による不均一な明るさ及び高い生産コストという問題を抱えている。 OLED材料の感受性のため、FMMの代替として検討されたフォトリソグラフィパターニングも、工程中のOLED損傷の懸念から商用化に困難があった。

Applied Materials社は、SID2025 conferenceでMAX OLED™プロセス技術について発表した。 MAX OLED™は、独自のピクセルアーキテクチャーと新しいプロセスにより、従来のフォトリソグラフィ 技術 の利点は生かしつつ、OLED材料の影響を補完する。 特に、OLED蒸着直後にTFE(Thin Film Encapsulation)を通じて敏感な有機層を保護し、複数の複雑なフォトリソグラフィとエッチング工程を可能にする。

MAX OLED™プロセスにより、FMMに比べて開口率を2倍に増やし、ピクセルの明るさ、解像度、ディスプレイの寿命を大幅に向上させた。 また、局所的なカソード接触構造により、電気抵抗の増加問題を解決し、ノートPCディスプレイの消費電力を33%、モニターディスプレイの消費電力を47%まで削減することができた。 2,000ppiに達する高解像度の実装が可能で、RGB各色別OLEDスタックの個別最適化も可能である。

経済的な面でも、MAX OLED™はポジティブな変化をもたらす。 フォトマスクのリードタイムをFMMに比べて大幅に短縮し、コストを削減して新製品の開発サイクルを短縮する。 また、LCDプロセスで多く適用されるMMG(multi-product in a mother glass)を通じてガラスの活用度を高め、短いソース-基板距離でOLED材料活用率を約2倍に増大させ、材料コスト削減にも貢献する。

最近、Visionoxは第8世代OLED生産にMAX OLED™プロセスを活用するマスクレスプロセス(ViP, Visionox intelligent Pixelization)を検討中であると発表した。 Visionoxの発表は、フォトリソグラフィベースのOLEDプロセスの商業的可能性を示唆するポジティブなシグナルであるが、まだ十分な歩留まりが確保されていないため、量産投資は慎重に検討中である。 これは、MAX OLED™技術の複雑なフォトリソグラフィプロセスと歩留まり安定化の検証がまだ必要であることを示している。 RGB各色別OLED蒸着後のTFE工程、そして繰り返されるフォトリソグラフィとエッチング工程は、高い精度と工程制御が要求され、これは歩留まり確保の難易度を高める主な要因である。 サムスンディスプレイもMAX OLED™プロセスのパイロット評価を進めているという事実は、この技術が業界の主要企業の注目を集めていることを証明している。

結論として、MAX OLED™は既存のFMMプロセスの限界を克服し、次世代OLEDディスプレイの性能を革新する有望な技術である。 複雑なプロセスによる歩留まり確保という課題が残っているが、ディスプレイ業界の大手企業がこの技術に注目していることは、MAX OLEDが将来のディスプレイ市場をリードする核心技術として浮上する可能性が十分にあることを強く示唆している。 これは、VRディスプレイ、透明OLED、アンダーパネルカメラ(UPC)の統合など、新たな応用分野の可能性を切り開くだろう。

Changho Noh, Analyst at UBI Research  (chnoh@ubiresearch.com)

▶2025 小型OLEDLディスプレイ年次報告書

▶2025 中大型OLED Display年次報告書 

UBI Research、「2018 OLED KOREA Conference」3月7~8日に開催

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グローバルOLEDカンファレンス「OLED Korea Conference」が3月7日（水）から8日（木）まで開催される。

 

今回で第4回を迎えるOLED Korea Conferenceは、二日間韓国ソウル江南ノボテルアンバサダーで『OLED with opportunity & adding value to your business』をテーマとする様々な講演や情報交換・意見交流の場になると期待されている。

 

高成長が続いているOLED産業は、今年LCDが占める中小型市場における割合より高い割合となり、大型TV市場も大きく成長すると見込まれている。OLED専門調査機関UBI Researchによると、モバイル機器用中小型OLEDパネルの出荷量は、今年約6億3,000万台で昨年比53.2%成長し、TV用OLEDパネルの出荷量は約240万台で昨年比47.2%成長するという。

 

今回のカンファレンスではMicrosoft、Boeing、Sonyなどのグローバル企業と3M、Applied Materials、Corning、Cynoraなどのリーダー企業を始めとするOLEDパネルメーカー、セットメーカー、材料・装置メーカー、大学・研究所など、OLEDディスプレイに関する韓国国内外の専門家25名が▲ View from Panel Makers about OLED Market ▲ Solution Process Technology, yet to come ▲ New Performance Development from Major SCMs ▲ New Technology Discussions for Next Generation Display or Better Processというテーマで講演行う予定である。他にもUBI Research、みずほ証券、フランスの市場調査動向企業Yole developmentによる『Opinion from Business and Industry Analysts』をテーマにした講演も計画されている。

 

特に2017年OLED産業で話題になったソニーの初OLED TV発売について、ソニーのTV事業部長Yoshihiro Ono氏は『Designs for BRAVIA OLED TV and Expectations for large screen OLED devices』をテーマにOLED採用理由とBRAVIA OLED TVの開発ヒストリー、他社のOLED TVとの違いなどを発表する予定だ。

 

OLED産業の動向と発展方向が確認できる第4回OLED KOREA Conferenceには、国内外における主要専門家200余名や産業関係者が参加すると予想され、ネットワーキングの機会とともに様々な情報やノウハウの長期的な交流が可能な企画で、多くの関心を集めている。詳しくはウェブサイトwww.oledkoreaconference.comで確認できる。

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>

OLED蒸着装置市場でキヤノントッキを代替可能な候補は？

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OLEDを採用したスマートフォンが増えている。米国Appleは2017年下半期にOLEDを採用したiPhoneを発売する予定で、韓国Samsung Electronicsは全てのスマートフォンにOLEDを採用すると見込まれている。中国の電機メーカーもハイエンドスマートフォンにOLEDを採用しており、韓国Samsung Displayの中国向けOLED生産量も増加している様子だ。

 

スマートフォン向けOLEDに対する需要が高まり、Samsung Display、韓国LG Display、ジャパンディスプレイ、中国BOE、中国CSOTなど、主要ディスプレイメーカーは第6世代規模のフレキシブルAMOLED量産ラインへ投資を進めるなど計画している。

 

2017年から2018年の2年間、パネルメーカーの投資が予想される第6世代フレキシブルAMOLED量産ラインの規模は、15,000個を基準に約20個のラインで、OLED量産ライン稼働に必須である蒸着装置を確保することが重要な課題となっている。

 

現在、韓国でフレキシブルAMOLEDを量産しているSamsung DisplayとLG Displayは、キヤノントッキが製造した蒸着装置を導入して量産を行っている。韓国SFAと韓国SNU、アルバックも中国パネルメーカーに量産用の蒸着装置を納品しているが、第4世代から第5世代向けの装置である。2016年、韓国Sunic SystemはLG Displayに第6世代用蒸着装置を納品したものの、まだ量産にはつながっていない。即ち、第6世代用蒸着装置の量産を実現したメーカーはキヤノントッキのみとなっている。。

 

パネルメーカーはキヤノントッキ製蒸着装置の購入を希望しているが、、残念ながらキヤノントッキは蒸着装置製造ラインはフルキャパで、全てのパネルメーカーからのラブコールに対応できない状況だ。そのような中で、SFAはSUNを買収し、装着装置に対する競争力を備え、中国GVOと中国Royalから第5.5世代の量産ライン用蒸着装置を受注することに成功した。Sunic Systemも2016年下半期に第6世代用蒸着装置を追加受注し、米国Applied Materialsも同装置をパネルメーカーに納品するよう開発に取り組んでいる。

 

このようにキヤノントッキが絶対的な存在感を持っている蒸着装置市場では、一歩出遅れた後発蒸着装置メーカーの挑戦が相次いでいる。キヤノントッキも徐々に蒸着装置量産の生産能力を拡大していくと見られている中、後発蒸着装置メーカーが製造した蒸着装置の導入が第6世代フレキシブルAMOLEDの量産成功につながるかどうかによって今後の蒸着装置市場が大きく影響を受けると見込まれる。

<OLED量産(予定)パネルメーカー（左）とOLED蒸着装置メーカー（右）>

アプライド・マテリアルズ、有機ELのおかげで、第2四半期のディスプレイ装置の売上高が6倍上昇

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出展 = Applied Materials

Hyunjoo Kang / jjoo@olednet.com

 

アプライド・マテリアルズ（Applied Materials）が有機EL市場の成長に力を得て、2016年第2四半期のディスプレイ装置の売上高が6倍近く増えるものと予想される。

最近のデジタルタイムズによると、Applied Materialsの関係者の話として同社が2016年第2四半期に受注したディスプレイ装置の注文が、米ドル約7億ドル分に達すると報じた。これは前年同期の1億2000万ドルより5.8倍も増加した数値である。

特に、サムスンディスプレイ、LGディスプレイなど、韓国のパネルメーカーから装置の需要が急速に増加している。また、中国のパネルメーカーも韓国のパネルメーカーの技術力と生産力に追いつくために、積極的に乗り出している状況である。

Applied Materialsは、スマートフォン、スマートウォッチなど、モバイル用有機ELパネルの世界の出荷量が2016年の3億5,300万枚から2020年には7億9,900万枚に増えるものと見ている。 また、世界の自動車用有機ELパネル出荷量は、2016年の1億3400万枚から2020年には1億7600万枚に増加するものと予想している。