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映像情報メディア学会技術報告-ディスプレイ一般-(8月2日)


映像情報メディア学会技術報告-ディスプレイ一般-
低ヤング率のカバーフィルムを用いてフレキシブル有機ELDのロバスト性を向上

8月2日、都内で「映像情報メディア学会技術報告-ディスプレイ一般-」が開催された。5月に米国San Joseで開催された「SID DISPLAY WEEK 2019」で発表されたオーラル講演のなかから8件をピックアップしたプログラムで、フレキシブルディスプレイに関する報告が多かった。ここでは、半導体エネルギー研究所とDICの講演をクローズアップする。


図2 低ヤング率フィルムの厚さによる中立面の変化1)


図1 曲げ性と丈夫さのトレードオフ関係1)
　半導体エネルギー研究所の杉澤希氏は、「丈夫さと曲げ性を両立させたフレキシブルOLEDディスプレイ」と題して独自開発したフレキシブル有機ELディスプレイについて報告した。そのコンセプトは、まず実用的なロバスト性を確保したうえで可能な限り曲げ性をもたせるということ。一般的に、ロバスト性と曲げやすさはトレードオフの関係にあり、従来はまず曲げ性を優先して極力デバイスを薄くし、そのうえでロバスト性を追求するというスタイルが主流だった。しかしながら、モバイル用のフォルダブルディスプレイなどのアプリケーションを想定すると、こうしたアプローチでは信頼性を確保するのが難しいため、上記のようなコンセプトでフレキシブル有機ELDを開発することにした。


図3 試作フレキシブル有機ELDの構造1)
　そのキーテクノロジーが、ヤング率が非常に低いカバーフィルムを用いること。これには、①ディスプレイデバイスに一定の厚みをもたせてロバスト性を確保する、②物理的ダメージを緩和させ耐衝撃性を高める、③中立面をほとんど変化させない、という三つの理由がある。③の中立面とは応力がゼロであるプレースメントで、曲げた際も応力がさほどかからないため、ロバスト性が大幅に向上する。このため、この中立面の近くにディスプレイデバイスを置きたいわけである。

　図2はカバーフィルムのヤング率・厚さを変化させた際に中立面がどう変化するかを計算した結果で、フィルムが厚く、さらにヤング率が低いと中立面がほぼ変化しないことがわかる。つまり、ヤング率0.01Gpa以下のカバーフィルムを使用すれば、ロバスト性の高いフレキシブルディスプレイが実現する。

　図3は実際に試作した8.56型フレキシブル有機ELDの断面構造で、最上部に低ヤング率カバーフィルムを接着することによりロバスト性とベンダブル性を両立した。また、このパネルは円偏光板をレス化して低消費電力するため、3色独立発光方式ながら前面基板上にマイクロカラーフィルタとブラックマトリクスを設けた。気になる曲げ特性はR=3㎜で10万回曲げても表示特性はほぼ変化せず、実用にたる信頼性が得られた。

新たな反応性モノマーを液晶に添加して配向膜をレス化


図4 SVAとPSAのプロセス比較2)
　一方、DICの井ノ上雄一氏はLCDにとって不可欠とされてきた配向膜をレス化する自発垂直配向(SVA)用反応性モノマー(RM)について報告した。その名の通り、液晶をこのモノマーによって一定のプレチルト角を確保しながら自発的に配向させる狙いで、コンベンショナルなポリイミド配向膜がレス化できるため、①シール層と配向膜の接触を回避するマージンが不要になるため、パネルを狭額縁化できる、②配向膜焼成プロセスが不要になるため、染料系カラーフィルターや量子ドットが使用でき、その結果、色再現領域を広げやすくなる、③パネルのトータル製造コストが低減できる、といった利点がある。

　図4に、従来のポリマー支持配向(PSA)と今回のSVAの比較を示す。後者では、負の誘電異方性を有する液晶ホストにSVA RMとPSA RMを添加し、液晶セル内に充填した後、UV光を照射してRMを重合してプレチルト角を発現させる。

　図5はテストパネルの評価結果で、最新組成のRM(C)ではプレチルト角安定性、VHR(電圧保持率)、LTS(低温での安定性)とも実用的な値が得られた。これはより強い重合基を導入したためで、ポリマーがより硬くなり、ITO電極表面に強く固定されたためである。


図5 SVA-RMの構造と評価結果2)
　また、RMの反応性を確認するためUV照射後の残存RMを調べたところ、残留RMはPSA並みとほぼゼロであることがわかった。つまり、既存のUV照射プロセスが流用できることが確認できた。

　さらに、185nmと254nmにピークを持つ低圧UV光をITO膜に照射しいわゆるオゾン処理を行ったところ、わずか10秒でVA配向性が劇的に改善。マスプロダクションでも優位性があることがわかった。

参考文献
1)杉澤ほか：丈夫さと曲げ性を両立させたフレキシブルOLEDディスプレイ、映像情報メディア学会技術報告-ディスプレイ一般-資料pp.13-16(2019.8)
2)井ノ上ほか：自発垂直配向用の反応性モノマー、映像情報メディア学会技術報告-ディスプレイ一般-資料pp.9-12(2019.8)

REMARK
1)Stella通信はFPD＆PCB関連ニュースの無償提供コーナーです(ステラ・コーポレーションがFPDやPCBそのものを製品化しているわけではありません)。
2)この記事はステラ・コーポレーション 電子メディア部が取材して記事化したものです。

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