フレキシブルOLEDは、半導体ディスプレイ分野の重要な発展方向として、ますます市場の注目を集めている。

コンサルティング会社DSCCの統計データによると、現在端末市場で発表されている5Gスマートフォンのうち、約83%がOLEDディスプレイを採用しており、折りたたみ型スマートフォンはファーウェイなどの主要端末メーカーの5Gフラッグシップモデルの第一候補となっています。

表示パネルで見ると,フレキシブル・ディスプレイ・パネルの出荷台数も伸びています。2019年、中国AMOLEDパネル工場は前年比133.5%増の約5600万枚を出荷し、全世界出荷量の割合は12%となりました。中でも京東方は世界第2位、国内市場ではフレキシブル製品の出荷量が86.7%に達し、業界トップの地位を維持しています。

2020年は、国の「新インフラ建設」戦略の推進により、中国の5G商用化とモノのインターネット(iot)の建設が加速し、インターポートとしてのスマートフォンが人々の日常生活に欠かせなくなります。第一線の大手メーカーを中心に、フレキシブルOLED製品がLCDと剛性OLEDスマートフォン市場に全面的に浸透するでしょう。

では、なぜフレキシブルOLEDが人気なのでしょうか。どのような応用が可能で、どのような製造工程フローになっているのか、詳しく解説します。


01フレキシブルディスプレイの活用のメリットです

フレキシブルディスプレイとは,フレキシブル基板を使って薄型・超軽量・曲げ可能な製品を作製するディスプレイ技術のことです。フレキシブルディスプレイにより、スマートフォンは手首に、タブレットはポケットに折り畳んで、テレビは掛け軸のように自由に巻き取ることができます。

AMOLED(アクティブ・マトリクス有機発光ダイオード)は、基板、TFT駆動アレイ、OLED発光素子(金属カソード+有機発光層+アノード)で構成された有機材料ベースの自発光表示デバイスで、薄型、高速応答、広視野角、高コントラストでフレキシブルな表示に適しています。

AMOLEDは、ポリマープラスチックや金属箔などのフレキシブル基板材料を使用した場合、屈曲に強く、ダイナミックに曲げて表示したり、折り曲げて表示したりすることが可能で、スマートフォン、ウェアラブル機器、車載などでの応用が期待されています。

フレキシブルディスプレイ技術の発展に応じて、フレキシブル製品の形態は3つの発展段階を経ることができます:曲がる(Bendable)、折る(Foldable)、曲がる(Rollable)。

近年のフレキシブルなスマートフォンの進化の基本はこの3つです

1、フレキシブルに曲がることができます:実際には、全面的な画面の携帯電話のエッジの双弧に適用されています。ただし、画面占有率を高めることを目的としたデザインであり、ユーザーに「やわらかい」楽しさを与えているわけではありません。

2、フレキシブルに折り畳むことができます:それはフレキシブルなスマートフォンを1つの新しい発展段階に持ち込みます。2019年2月には、ファーウェイ初の5Gフレキシブル折りたたみスマートフォン「Mate X」を発表しましたが、これは京東方の8インチのフレキシブルスクリーンを搭載し、固定ヒンジに沿って折りたたむことができ、スマートフォンとしてのタブレット機能も兼ね備えています。これこそフレキシブル折りたたみ技術がスマートモバイル端末に与える意味です。

3、フレキシブルに曲がる:画面は任意に曲がることができ、スマートフォン、タブレット、ノート、ディスプレイなどの製品間の境界を破るスマート端末の固有の形態を破壊します。

2018年、中国中央テレビの番組「加油!未来へ」では、フレキシブルスクリーンに特化した非常に厳しい実験条件が設定されました。半径1mmの手巻きスクリーン、100℃の沸騰したお湯、油圧プレス機の4トンの重圧。

しかし、この京東方成都柔化第6世代ラインが提供した5.99インチのフレキシブルスクリーンは意外にも頑強で、「虐め」られた後も無傷で、正常に表示されることができて、人々を感嘆させます。

フレキシブルな巻き方については,まだ科学的な実験にすぎませんが,フレキシブルな巻き方の将来の応用には大いに興味があります。フレキシブルに曲がることは、国産のフレキシブルスクリーンの品質では十分ですが、フレキシブルに曲がるスマート端末を世に出すには、電池やPCB、保護ガラスなどの部品をフレキシブルにするなど、産業全体での努力が必要です。


02フレキシブルOLEDディスプレイの製造プロセスです

フレキシブルOLEDデバイスの構造は主にバックパネル(BP)と有机発光層(EL)の2つで、対応プロセスは3つに分かれています。一部がバックパネル技術、一部がEL技術、最後の部分がパッケージ(以下の図)です。

バックパネル部分は、現在、フレキシブルAMOLEDはLTPS(低温ポリシリコン)バックパネルが一般的です。

フレキシブルOLEDパネル主な工程フロー

1、ITO基板前処理です

陽極であるITOは、通常TFTの背面板を作る過程で成膜が完了します。基板表面の平らさ、清潔さは有機フィルム材料の成長とOLED性能に影響を与えるため、ITO表面を厳しく洗浄する必要があります。

2、EL成膜です

ITO基板前処理後のOLED材料の調製には、有機小分子、高分子ポリマー、金属、合金などが含まれます。大部分の有机小分子フィルムは真空熱蒸着によって調製されますが、可溶性有机小分子とポリマー薄膜は、より簡単で、迅速で、低コストな溶液法で作ることができます。金属および合金フィルムは、通常、真空熱蒸着を用いて作製されます。ここでは真空蒸着とインクジェット印刷の2つの工程に注目します。

(1)真空熱蒸着:真空中で電流加熱、電子ビーム加熱、レーザー加熱などによって蒸着された材料を蒸発させて原子や分子にし、すぐに大きな自由行程で直線運働し、基板表面にぶつかって凝結して薄膜を形成します。蒸着成膜の位置はFine Metal Mask (FMM =高精細金属マスク)によって制御されます。

蒸着プロセスは真空度、成膜厚さ、FMM位置合わせおよび物質の伝送過程の不純物制御に厳しい要求があります。現在、蒸着プロセスは、各種EL成膜方式の中で最も設備的、技術的成熟度が高く、注入層、トランスポート層、発光層、陰極材料を作製することができます。成膜速度が遅く、有機材料の利用率が低く、大型の成膜の均一性が悪いという欠点がありました。このため蒸着プロセスは主に中小サイズのOLEDデバイスの製造に使われています。

(2)インクジェット印刷:事前にさまざまな異なる有机的な機能層材料を作成してインクカートリッジに充填し、コンピュータを利用してグラフィック情報をデジタル信号に変換し、ノズルの移働とインク滴の押し出しを制御し、インク滴がそれぞれの位置に必要なパターンを形成するために、正確、定量、ポジショニング、最終的な印刷製品を完了します。インクジェット印刷は正孔トランスポート層,発光層,陰極材料の作製に利用できるが,その他の膜層は蒸着プロセスを必要とする。全膜層インクジェット印刷技術は現在開発中である。蒸着に比べてインクジェット印刷プロセスが簡単で、材料利用率が大幅に向上し、大型OLEDデバイスの作製に適しています。将来、印刷技術の成熟と大規模な応用により、OLEDの製造コストを大幅に下げることができます。

インクジェット印刷関連技術では、高分子ポリマーインクの開発が最も重要であり、液滴の均一性はインクの物理的特性に依存します。インクの配合と印刷プロセスが安定していないため、ELの性能、均一性、信頼性が悪くなりやすい。これはインクジェット印刷が早急に解決しなければならない技術的難題です。

3、実装プロセスです

OLEDディスプレイの内部に水酸素とほこりが入って寿命と性能が落ちることを防ぐために、OLEDパッケージプロセスを発展させる必要があります。一般的な実装技術は,ガラスや金属製のカバー・パッケージ,フィルム・パッケージです。

(1)従来のカバープレートのパッケージ:不活性ガスが充満した環境下で、紫外光硬化剤でOLEDガラスとガラスカバープレートまたは金属カバープレートを接着して、カバープレートと基板の間に挟まれた有机層と電極を密封して、外部の水酸素とほこりを遮断します。カバー板パッケージの欠点は、金属カバー板は反りやすく変形しやすく、ガラスカバー板は割れやすく、フレキシブルOLED技術の発展に適していません。

(2)フィルムパッケージ:カバーの代わりに、一定の厚さのフィルム保護層を積層することで、現在主流のOLEDパッケージプロセスです。薄膜パッケージには、無機薄膜パッケージ、有機薄膜パッケージ、有機/無機層を重ねた複合パッケージなどがあります。フィルムパッケージは通常、PECVD(マイクロ波や無線周波数などを利用してフィルムを含む原子を電離させ、局所的にプラズマを形成することで、化学的な活性が強く、反応しやすく、所望のフィルムを基板上に積層すること)方式で実現されますが、フレキシブルOLEDの台頭や軽量化の要求に伴い、パッケージ層の厚さも,ますます薄くなる必要がある。微細な厚さで優れた微細度を実現し、優れた水酸素遮断性能が得られるため、高いプロセス技術が求められます。現在、業界内では、ALD(原子層堆積、すなわち、一般的な化学堆積と同様に、1原子膜の形で物質を基板表面にめっきすることができる方法)プロセスを用いることが検討されています。


03ビジョンです

上記のフレキシブルOLEDの製造工程から分かるように、フレキシブルOLED工程はLCDよりも複雑で、特に高率のコア蒸着工程は、現在も主に韓国メーカーが握っています。

韓国メーカーは長い間、生産能力と歩留まりを武器にフレキシブルOLED市場で独占的な優位性を持っていました。

しかし、中国大陸部に投入された11本のフレキシブル生産ラインが次々と量産を実現することによって、フレキシブルOLEDの世界市場の構図は必然的に打破されます。現在、北京東方は成都と綿陽でフレキシブル6世代ラインを量産しており、そのうち成都フレキシブル6世代ラインの生産率は業界内でも高いレベルに達しており、国産フレキシブルスクリーンの競争力は着実に高まっています。

フレキシブル技術の成熟に伴い、国産のフレキシブルスクリーンの生産率はさらに向上し、グローバル市場での競争で追い越しを実現するチャンスがあります。