有機ELの印刷方式と蒸着方式によるメリット・デメリットを解説!

有機EL

AppleがiPhone Xに有機EL(OLED)ディスプレイを採用した頃から、競合他社も追随してスマホのフラッグシップにOLEDディスプレイを採用しています。

Apple Watchにはそれより前から有機ELが採用されています。

テレビでも各社がハイエンドモデルに有機ELディスプレイを搭載しています。

このようにいろいろな用途で有機ELの採用が広がっているため、その製造方法についても活発な研究開発が進められています。

有機ELパネルの製造方法は、大き分けると蒸着方式と印刷方式があります。蒸着方式が先行してきましたが、いよいよ印刷方式の製品の普及が本格化しそうなところまで来ました。これらのメリットとデメリットについて解説します!

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有機ELの蒸着方式による製造とは?メリットとデメリット

有機ELは自発光のディスプレイで、赤・緑・青の光をそれぞれの発光材料である有機化合物が発します。発光材料は低分子量のものと高分子量のものがあります。現在、製品に使われているのは主に低分子量の発光材料で、蒸着により発光材料をパネルに塗っていきます。

蒸着プロセスでは、基板と低分子の発光材料を入れた装置内を減圧し、ほぼ真空状態にします。粉末で固体状の発光材料を加熱すると、気化し、ターゲットである基板まで飛んで行き、基板にぶつかって冷やされて固着します。これが蒸着です。

ディスプレイとして使うためには、赤・緑・青(RGB)のサブピクセルと正確に塗り分けなければなりません。そのためそれぞれのサブピクセルの位置に正確に対応した開口部を持つメタルマスクを基板の前に置き、狙った位置にサブピクセルを形成します。

このように言葉で書くと簡単な印象を受けるのですが、パネルのサイズが大きくなるほど、精細度が上がるほど難易度が上がります。

有機ELの画面を見ても画素の荒さを感じないことからも、サブピクセルの大きさは肉眼では見えないほど小さいことはすぐに分かります。工業的に利用できるような製造速度で、大型テレビ用の有機ELパネルを蒸着により作る取り組みが、サムソンなどにより進められてきましたが、あまりの難しさにより断念しています。

LGによって開発され、現在の大型テレビ用の有機ELパネルに利用されているのが、赤・緑・青(RGB)の層を蒸着により塗り重ねる製造方法です。この方法ではパネル全面が白色に光るようになりますので、その上に赤・緑・青に対応したカラーフィルターを載せて、サブピクセルを形成します。

有機ELディスプレイ製造用の蒸着装置は、日本のキャノントッキという製造装置メーカーが世界トップシェアです。メタルマスクは大日本印刷が独占的なシェアを持っています。

iPhone XとLGのテレビに搭載された有機ELの違いについてこちらの記事で紹介しています。

有機ELの蒸着方式によるメリット

メリットをまとめると、主に以下のようになります。

1.高精細・高画素密度の有機ELパネルを製造できる。スマホ用の高精細OLEDパネルはすべて蒸着方式で製造されています。

2.高性能な低分子量発光材料を使用できる。これまでに多くの低分子量有機EL用発光材料が開発されていますが、それを蒸着で使用することができます。したがって、現時点では最高性能の有機ELパネルを作ることができる方法と言えます。

有機ELの蒸着方式によるデメリット

主なデメリットは、以下のようになります。

1.メタルマスクを用いて蒸着するため、メタルマスクに付着して有効に利用できない発光材料がかなり発生します。発光材料は高価ですので、これがコストを押し上げます。

2.メタルマスクが大型になると熱収縮・熱膨張による誤差が大きくなり、大型の基板に蒸着することが困難になります。これによりテレビ用などの大型パネルの量産が困難になります。

3.減圧プロセスが必要となり、蒸着装置の費用がかかります。

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有機ELの印刷方式による製造とは?メリットとデメリット

有機ELの最先端の製造方法として注目されているのが印刷法です。一般家庭でも使われているインクジェット方式のプリンターと同様に高性能のインクジェット印刷装置を使用します。これを使えば赤・緑・青のサブピクセルを直接塗り分けて描画できます。

蒸着法の欠点のいくつかが印刷法により大幅に改善できます。蒸着では、基板に到達せずにメタルマスクに付着して利用できない発光材料が少なくありません。有機ELの発光材料は高価ですので、このロスは製造コストに大きく影響します。また基板を含めた装置全体を真空にしなければならないため、大型になるほど設備的に大変になります。

印刷法であれば、インクジェットで狙ったところだけに発光材料を塗っていきますので、発光材料のロスも少なくなります。蒸着のように真空にする必要もないことも大きな長所です。

有機ELの印刷方式によるメリット

以上のメリットをまとめると、主に以下のようになります。

1.有機ELの発光層を形成するプロセスで減圧プロセスが不要になります。

2.メタルマスクを使用しないため、発光材料のロスを減らすことができます。

3.ディスプレイでは、一般にできるだけ大型の基板から製造することがコストダウンの重要ポイントになります。そのため第10世代(G10)などの大型基板を導入した最新鋭のLCD工場などが建設されてきました。しかし、基板を大型化することで、生産量を調整することが難しくなり、販売不振時に在庫が積み上がり、経営危機の元凶となりました。印刷方式ならば、必ずしも基板の大型化に縛られず、より柔軟に対応できる可能性があります。

有機ELの印刷方式によるデメリット

主なデメリットは、以下のようになります。

1.印刷用のインクを作るために、高分子量の発光材料を使用する必要があります。高分子量の発光材料も良いものが生まれてつつありますが、まだ低分子量の発光材料の方が性能が高いです。そのため、発光効率や耐久性で低分子量のものよりも劣る可能性があります。

2.印刷に用いるヘッドの大きさなどの関係から、高画素密度化が難しいです。現時点ではスマホレベルは無理で、ノートパソコンレベルの画素密度が限界です。

3.まだ実績が少なく、生産量が少ないため、量産効果が出てくるのはこれからのようです。

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JOLEDが製造する印刷方式による有機EL

株式会社JOLEDは、有機ELディスプレイパネルの量産開発加速および早期事業化を目的としてソニー株式会社、パナソニック株式会社が有する有機ELディスプレイパネルの開発部門を統合し、2015年1月5日に発足した会社です。産業革新機構とジャパンディスプレイが大株主になっています。

このJOLEDが、印刷法による有機ELパネルを世界で初めて2017年12月に量産出荷開始しました。21.6インチの4Kパネルで、トップエミッション方式です。印刷法はJOLEDの源流となったパナソニックが10年以上研究開発してきた方法で、前述のように真空プロセスを必要としないため、大型のものも作れるとのことです。すでに56インチで製造する技術ができているそうです。

印刷法で製造した有機ELは、LGのような何層も発光層を塗り重ねる方式よりも発光効率が高くなるとのことです。

また現在市販されているほとんどの有機ELがボトムエミッション方式なのですが、この方式の有機ELは、正面から見た時と斜めから見た時の色の変化(カラーシフト)が大きいという特性があります。ところがトップエミッション方式にするとこのカラーシフトがほぼ無くなり、画質が向上します。

このJOLEDの有機ELは、ソニーの医療機器部門であるソニーイメージングプロダクツ&ソリューションズのメディカルモニターに採用が決まっています。またASUSが「CES 2018」で発表したプロフェッショナルモニタ「ASUS ProArt PQ22UC」に使用されることも報道されています。

まだ詳細なスペックや製造プロセスに関連する情報がわかりませんが、これらの情報だけでも非常に優れた有機ELパネルのようです。日本の有機EL技術をを継承してきたJOLEDの成功に期待します!

まとめ

有機ELは魅力的なディスプレイ用パネルで、その性能は製造方法と密接な関係があります。ここで紹介した有機ELパネルの製造方法を理解した上で、それぞれの有機ELパネルを見比べてみればその違いをより深く理解できるでしょう。

有機ELで日本企業は敗北してしまったのかについてこちらの記事で紹介しています。

▼その他の有機ELの情報についてはこちら▼

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