スライド 1

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

有機ＥＬデバイスと生産プロセス

現状と将来の可能性

目次

１．はじめに ・・・ 最近の話題 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

★ 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

Nokia から OLED搭載携帯登場

・

_{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 有機 有機ELEL搭載搭載 au au 携帯携帯 S001 S001 Sony Ericsson Sony Ericsson

★ 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

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}

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

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)}

有機ELとは

Alq 600Å Diamine 700Å

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

Al N O N O N O Alq  = 10–5 cm2/Vs  = 10–3cm2/Vs TPAC N N _CH3 H3C CH3 H3C ・ 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。 + + + + + + – – – – – – 陰極(Mg-Ag) 電子輸送層 陽極 (ITO) ガラス基板 ホール輸送層 50~100 nm

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。

N N N N CH3 CH3 CH3 N N N N Cu N N N N N N CH3 CH3 N N   N O Al O O N N CH HC C C N O NC CN t-Bu H N N H O O N O Al O O N N

Hole injection materials Hole transport materials

Emissive materials (hosts) Electron transport materials

MTDATA Cu-PC TPD NPB

Alq (Green) DPVBi (Blue) Alq

DCM2 (Red) Qd (Green) Perylene (Blue)

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

低分子 vs 高分子

低分子積層型有機ＥＬ 高分子型有機ＥＬ バッファー層 陰極 陽極（ＩＴＯ） ガラス基板 多機能発光層 ・ 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。 ホール注入層 ホール輸送層 発光層 電子輸送層 陰極 陽極（ITO) ガラス基板 電子注入層

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 1997 2002

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。

C u rr en t de n sit y ( m A /c m 2 ) Driving voltage ( V ) -25-20-15-10 -5 0 5 10 15 20 25 -150 -100 -50 0 50 100 150

Current density ( mA/cm2 )

L u m ina nc e ( c d /m 2 ) 10-2 10-1 100 101 102 100 101 102 103 104 Time 200 ns/div ←ＥＬ発光 駆動電圧→ (V) 15 10 5 0 (a.u) 1 0

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

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

最近の低分子有機EL材料特性例

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) 9.3 10.000 1,000 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 3,000 500 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) 11 160,000 1,000 UDC（低分子りん光） (0.66, 0.34) 27 200,000 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 各社のHPより編集

有機ELの発光過程

外部量子効率

＝

内部量子効率

ｘ

光取り出し効率

基本的に無機半導体LEDと同等の発光過程

電子 ホール 一重項励起子 熱失活 発光 三重項励起子 デバイス内部損失 外部へ発光

内部量子効率

光取り出し効率ηext

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

・

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！

りん光発光

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/m2) Voltage [V] (0.67, 0.33) 21 21 80,000 1,000 4.3 (0.66, 0.34) 19 22 200,000 1,000 2.8 Red (0.64, 0.36) 21 28 500,000 1,000 2.8 Green (0.36, 0.60) 16 58 100,000 1,000 2.8 (0.38, 0.59) 19 67 250,000 1,000 4.6 Deep red

・

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

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

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

● ●Electron● ○ ○ ○ ○ Recombination EF EF Barrier EA LUM O HOMO IP ITO MgAg TPD Alq3 Injection Transportation Hole IP : Ionization Potential EA : Electron Affinity 対策 ： １．注入障壁の最小化 ２．各層のモビリティの向上

光取り出し効率

有機膜 基板 有機膜内導波 基板内導波 外部取り出し光

外部光取りだし効率

：

一般的には

20％程度

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

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。

有機ELも

高効率発光デバイスの仲間入り

最近、白色OLEDデバイスで

102 lm/W at 1,000 cd/m

₂

を達成

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

各種発光デバイスの性能

代表的なディスプレイ技術

Display

発光型

非発光型

CRT (Cathode Ray Tube

FED (Field Emission Display)

VFD (Vacuum Fluorescent Display) PDP (Plasma Display Panel)

EL (Electro Luminescent Display) LED (Light Emitting Diode Display)

OLED (Organic LED Display)

LCD (Liquid Crystal Display)

ECD (Electro-Chromic Display)

EPID (Electro-Phoretic Image Display)

固体

ガラス管

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

有機ELの優れた画質

輝度 黒 白 バックライト付き液晶 有機EL CRT 白ピーク 輝度 色度 コントラスト _{バックライト付き液晶} 有機EL CRT 視野角

真の広視野角

広いダイナミックレンジ

白の突き抜け

NTSC100%

を超える色度

ＬＥＤバックライト付き液晶

_{vs 有機ＥＬ}

LCD

OLED

LCD LED 導光板 光学フィルム 光学フィルム

入力電力がどれだけ光として取り出せるか

最終の光透過率は ５％程度 光の利用率は_{１５％以上が期待される}

100 1 0 25 50 75 100 消 費 電 力 （ ％ ）

Back Light ON Back Light OFF

【

【

LCD Panel

LCD Panel

】

】

【

【

OLED Panel

OLED Panel

】

】

100 50 30 15 0 25 50 75 100 消 費 電 力 （ ％ ） All White 100 % Static Picture 50% Motion Picture 30%

Icons in Black Back 15%

Ratio of On Pixels

Power needs to be supplied only to ON Pixels

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

Cathode Driver Anode Driver OEL Panel A B C

Luminance

Time

高輝度パルス発光

パッシブ駆動

Refreshing

A

B

_C

data line

TFT + OEL Panel

Address line

_Luminance

Time

連続発光

パッシブ

_{vs アクティブ}

• パッシブ

：

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。

• アクティブ：

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。

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。 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 RGB発光層 白色発光層 青色発光層 カラーフィルター CCM 層

封止技術

• 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

捕水剤（シート） 有機ＥＬ層 接着層

カバーガラス

カバーガラス ガラス基板

有機ELパネルの構成部材（１）

★パッシブ型

・ITOガラス

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。

★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。

Ro w Driv e r Column Driver TCPに実装された 駆動ＩＣ Zoom 陰極 陽極 (ITO) 有機ＥＬピクセ ル Passive 有機ＥＬピクセル ドレインライン ゲートライン TFT コモンライン Column Driver Ro w D riv e r 内蔵駆動回路 Zo om Active パッシブ型有機EL アクティブ型有機EL

＜基板＞

基板 ITO透明電極 有機層 陰極 発光 反射防止ﾌｨﾙﾀｰ 封止ガラス 充填剤

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。 基板 ITO透明電極 有機層 陰極 発光 反射防止ﾌｨﾙﾀｰ 封止ガラス 充填剤 EML Cathode HTL Anode ETL HIL EIL 陰極 電子輸送層 発光層 電子注入層 ホール輸送層 ホール注入層 陽極

＜有機材料、電極材料＞

有機EL素子の基本的構成

有機ELパネルの構成部材（２）

＜封止材料＞

基板 ITO透明電極 有機層 陰極 発光 反射防止ﾌｨﾙﾀｰ 封止ガラス 充填剤 従来型 － ボトムエミッション用 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。 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。 ３．接着剤、 エポキシ系が一般的 有機ＥＬ層 Moisture Getter（シート） 接着層 発光 （乾燥剤） 従来型の封止構造

有機ELパネルの構成部材（３）

充填剤 パッシベーション 有機ＥＬ膜 接着層 発光 基板 ITO透明電極 有機層 陰極 発光 反射防止ﾌｨﾙﾀｰ 封止ガラス 充填剤 密着封止構造 改良型 － トップエミッション用

＜封止材料＞

１．封止カバー 平板ガラス 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 大きな課題。各種スパッタも要検討。 ４．接着剤 エポキシ系

有機ELパネルの構成部材（４）

★ 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 基板 ITO透明電極 有機層 陰極 発光 反射防止ﾌｨﾙﾀｰ 封止ガラス 充填剤

＜反射防止フィルター＞

＜駆動回路部品＞

Ro w Driv e r Column Driver TCPに実装された 駆動ＩＣ Passive Column Driver Ro w D riv e r 内蔵駆動回路 Active パッシブ駆動 アクティブ駆動 ★ 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。 ★ 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。

有機ELパネルの構成部材（５）

有機ＥＬ 有機ＥＬディスプレイパネルディスプレイパネル断面断面 TFT基板 反射防止ﾌｨﾙﾀｰ ITO透明電極 有機層 陰極 封止ガラス 発光 充填材

有機ELと液晶の構造比較

液晶ディスプレイ 液晶ディスプレイパネルパネル断面断面 液晶層 偏光板 位相差板 ガラス基板 TFT基板 偏光板 位相差板 バックライト ユニット 配向膜 透明電極 オーバーコート層 カラーフィルタ 発光 LED

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

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。 ・ 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。

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。

 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。

有機ELディスプレイ市場

直近の予測



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。

有機ELディスプレイ市場

将来動向予測

出典： “Light’s Labour’s Lost -- Policies for Energy-efficient Lighting” (International Energy Agency)

二酸化炭素排出量

- 約 1,900 M トンに相当

照明

照明

~ 19％

全世界

(2005)

総エネルギー使用量

総エネルギー使用量

13,700

13,700

TWh

TWh

~ 2,600 TWh

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

(年平均1.9%の増加を仮定した場合) 松下電工 作成資料

照明分野でのエネルギー消費

 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

固体照明（SSL)の優位性

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

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。

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

3,000~10.000 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

有機ＥＬ照明デバイスの試作例

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 Lumiotec の試作デモ

ローム（株）

山形有機エレクトロニクス研究所

Lumiotec

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

5.000~10.000 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

☆ 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

新らしい照明技術

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

 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。

有機EL照明の市場予測

有機ＥＬデバイス生産プロセス

シート、 リキッド等

ガラス基板

封止カバー

ＩＴＯ陽極、ＴＦＴプロセス

洗浄 洗浄 封止、貼り合わせ 有機膜製膜 陰極製膜 保護膜製膜 捕水剤 外部部品（反射防止フィルム、駆動ＩＣ等）取り付け 蒸着、インクジェット等 蒸着、スパッタ等 CVD、スパッタ等 LTPS、a-Si等 金属缶、 ガラス 等

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

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

大判成膜とパターニング

• 基板サイズと精細度の要求仕様

・

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

有機ELディスプレイ

成膜とパターニングに対する要求

塗布型

ｖｓ

レーザー転写

塗布プロセス 有機膜 _バンク R _G B 基板 ドナーフィルム 有機膜 レーザー転写 vs

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

EML Cathode HTL Anode ETL HIL EIL 塗布 蒸着

DuPont, DNS, CMEL

Solution Processed OLED

SID2008/FPD International 2008 にて

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

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

ソニー

_LIPS方式

（Laser Induced Pattern-wise Sublimation)

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

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。

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

86 H 15 H 284 H 200μm 初期状態 大気中に放置

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

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

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、Al₂ O₃ 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

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

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。

プラスティック基板 有機ＥＬ膜 バリア膜

・ 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

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。

Sony OTFT AMOLED at SID’07

GE Flexible OLED Display with TFT on Stainless Foil

by UDC/LG

Pioneer

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

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

Future

Newspaper

動画ディスプレイ

Plastic Battery

Printed Circuits

通信、メモリーなど

広告

電子ペーパ－、有機TFT

有機OPV、OLED等 全員集合

All Printed !!

Futu re F lexib le Ne wspa per

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