第21回ファインテックジャパン/Display2011/第1回プリンテッドエレクトロニクスフェア
プリンタブルデバイス向けインフラでWhat's NEWが相次ぐ
グラビアオフセット印刷機やIJ装置などイクイップメントでもニューフェースが

4月13日〜15日、東京ビッグサイトで開かれた「第21回ファインテックジャパン」。東日本大震災の影響で来場者、とくに外国人来場者が激減したが、出展をとりやめる企業は数えるほどで、国内の来場者数は例年とさほど変わらないようにみえた。併設展示会も含め目立ったのはやはりプリンタブルエレクトロニクス関連インフラで、塗布・印刷プロセスで成膜・パターニングできる各種インク・ペーストでWhat's NEWが相次いだ。おもなトピックスをレポートする。

写真1 FSカラー方式6.5型フルHD TFT-LCD(アスミタステクノロジー)

FPDを超高精細化すると3Dライクに

　まず「Display2011」では例年と同様、パネルメーカーの出展は数えるほどでトピックスは少なかったといわざるを得ない。

　そんななか、昨年4月に第3セクターとして設立されたアスミタステクノロジー(青森県八戸市)がOCBモードのフィールドシーケンシャル(FS)カラー方式TFT-LCDを披露した。展示したのは6.5型フルHDパネル(解像度340ppi)で、マイクロカラーフィルターレスによりこのサイズでフルHD化を実現した。写真1はすでに製品化されている医療用手術顕微鏡付属立体視用ハイビジョンモニターで、標準価格は100万円。ここでいう立体視とは超高精細化することにより奥行き深く感じられることを指しており、いわゆる通常の3D画像で得られる“ポップアップ”が得られるわけではない。実際に見た印象では立体感はさほど感じられなかったが、2K×4Kや4K×8Kクラスに超高精細化すればさらに臨場感が高まるという。なお、製造についてはTFTアレイを含めた液晶セルを外部調達し、モジュール工程だけ本社工場で自ら行う形だ。

単層型のフレキシブルカラーCh-LCDが登場

写真2 フレキシブルモノクロパネル搭載スマートカード(NDIS)

　電子ペーパーでは、NDIS(韓国)がサブストレートにPETフィルムを用いたフレキシブルディスプレイを披露。カプセル内に閉じ込めたコレステリック液晶(Ch-LC)を用いたコレステリック液晶型電子ペーパーで、図1のようにRGB液晶層を平面方向に配列したのが特徴。つまり、単層型のカラーCh-LCDである。また、パッシベーション膜をナイフコーターで塗布することにより薄膜封止したのも武器で、この結果、厚さ0.24�oというフレキシブルディスプレイが実現した。もちろん、メモリー性もあり、コントラストもカラーパネルで9:1を確保。ブースでは写真2のようなモノクロパネル搭載スマートカード、そして写真3のようなサイネージ用マルチカラーサンプルを展示。今年末から世界初の単層型カラーCh-LCDとして量産する予定だ。

ナノSiインク・ペーストを用いて多結晶Si膜に

写真4 Siインクで活性層を形成した薄膜太陽電池(帝人)

　 冒頭のように、初めて併設された「第1回プリンテッドエレクトロニクスフェア」を含め、今回はプリンタブルエレクトロニクス用インフラのトピックスが相次いだ。

　まずは帝人で、グループ会社の米NanoGramが開発したナノSiインク・ペーストをアピールした。粒径数nm〜数十nmのSiパウダーにボロンまたはリンをドープし、バインダレスで有機溶媒によってインク化・ペースト化したもので、スピンコート法やインクジェットプリンティング法(IJ法)といった各種ウェットコーティング法で基板上に塗布し、70℃程度で低温焼成して溶媒を揮発させる仕組み。ただ、この段階ではナノSi粒子が基板上に乗っているだけに過ぎないため、エキシマレーザーやYAGレーザーを照射してアニール処理する。この結果、Si粒子同士が融合し多結晶化すると考えられる。固形成分濃度は20wt％まで可能なため、比較的厚膜も形成可能だ。実用化を左右するキャリアモビリティはa-Si TFTや有機トランジスタと同等レベル、つまり0.5〜1cm²/V･sクラスだが、レーザーアニール条件などを最適化すれば1桁向上することも期待できる。ブースでは、このナノSiインクを塗布したP層、N層を用いたPN接合型薄膜太陽電池を公開。発電した電力でLEDを点灯させるデモを敢行した。光電変換効率も7〜10％とa-Si薄膜太陽電池と同レベルで、基本的にはプラズマCVD成膜したa-Si膜と遜色ないという。太陽電池以外ではFPD用TFTにも応用可能で、もちろん塗布型のためフレキシブル化も容易となっている。

有機TFT向けに塗布型DNTTも登場

　帝人は塗布型有機半導体材料でもWhat's NEWを提供。ポストペンタセンの最有力候補とされるジナフトチオノチオフェン(DNTT)をウェット成膜できるプリカーサ材料で、図2のように165℃×30分といった条件で熱処理するとピュアDNTT膜に変化する仕組み。もちろん、DNTTは大気中でも安定なため、熱処理プロセスは大気中でよく、有機TFT作製後に大気解放しても特性はほとんど変化しない。図2のようなシリコンウェハーベースのボトムコンタクト型素子はモビリティ0.1cm²/V･s、ON/OFF電流レシオ10⁶をマーク。また、高耐熱性ポリカーボネートフィルム「SS120」上に作製したボトムコンタクト型素子はモビリティが0.01cm²/V･s、ON/OFFレシオが10³、Vthが8Vだった。コンベンショナルな蒸着DNTTデバイスに比べ特性はかなり低いが、下地の表面処理などプロセスを工夫すれば蒸着デバイスに近い特性が得られるとしている。

Ag＋Cu混合ペーストで材料コストを低減

　プリンタブルエレクトロニクス用電極材料では、アサヒ化学研究所がAgにCuを混合したユニークな混合ペースト「ACP-2000AX」を紹介した。AgとCuの成分比を50:50にしたペーストで、コンベンショナルなAg100％ペーストに比べ価格は1/2になるという。気になる表面抵抗も60mΩ/□とAgペースト(50mΩ/□)に比べ若干上昇するだけで、焼成も130℃×30分と低温・高速処理が可能だ。PETフィルムやITO膜に対する密着性も良好で、Ag含有量が少ないためマイグレーション低減効果も期待できる。用途は電磁波シールドフィルターやタッチパネルなどを想定している。

酸フリーのポリマーでPEDOT/PSSをリプレース

　関東化学は、ポストPEDOT/PSS材料として酸フリーの有機ELデバイス用ホール注入材料を紹介。詳細な分子構造は明らかにしなかったが、独自のπ共役系ポリマーだという。酸フリーなため、下層である透明アノードを侵食したり、上層の発光層内にイオンが拡散しにくいといった特徴がある。また、透明性も高いため、とくに短波長の青色光で問題となる色変化もない。つまり、PEDOT/PSSの弱点を解消したマテリアルといえる。塗布後はUV照射(2分)＋熱硬化(200℃×15分)で硬化させるだけ。もちろん、硬化後は高い耐溶剤性を有するため、ホール輸送材料、インターレイヤー材料、高分子発光材料などを塗布・印刷しても減膜されることはなく、塗布型積層プロセスに対応できる。気になるホール注入特性は明確に評価していないが、試作デバイスのI-V特性はPEDOT/PSS素子に比べ低かった。このため、分子構造の改善や純度向上によってさらなる特性改善を図る考えだ。

1万ショット印刷しても寸法変動がないスクリーンマスク

写真5 スクリーン印刷法で作製した無機ELシート

　スクリーンマスク関連では、今年も中沼アートスクリーンがトピックスを連発した。まずは繰り返し印刷しても寸法変動がほとんどない「Zero Screen Mask」。コンベンショナルなSUSメッシュスクリーンに独自の非メタル材料を蒸着したもので、この結果、スクリーンメッシュの強度がアップ。印刷寸法精度や印刷位置精度が向上するとともに、ペーストの版離れ性も高まり、よりハイテンションでフレームに紗貼りできる。図3は応力-歪み曲線の比較で、従来スクリーンマスクに比べ縦方向、横方向とも歪みが少なく寸法変動が小さいことがわかる。図4はフレームサイズ320×320�o、500メッシュのZero Screen Maskの繰り返し印刷寸法精度を測定した結果で、1万ショット連続印刷してもほとんど寸法公差がないことが確認できる。

スクリーン印刷で作製した無機ELをサイネージや発光ポスターに

　中沼アートスクリーンは、スクリーン印刷の新たな応用可能性に関してもインパクトのあるデモを敢行。写真5の無機ELシートで、黒色バックグラウンドに黄色、緑色、青色で光る無機ELの発光はアイキャッチ効果抜群にみえた。もちろん、PETフィルムをサブストレートにしているだけにフレキシブルで、手で触ってもペラペラ。パネルは透明電極/蛍光体層/誘電体層/黒色カーボン層/Ag電極といった構成で、いずれもスクリーン印刷法で積層・パターニングした。注目される事業形態については、同社自らがカスタムメードで製品化する。周知のように、無機ELDは輝度や電圧の問題からLEDや有機ELDにリプレースされつつあるが、ロングライフで製造が容易という特徴から“古くて新しいサイネージデバイス”として再注目されており、今回のデモはこうしたトレンドを再認識させた。

繊維メッシュにナノNiをメッキ成膜

　一方、トーヨーコーポレーションも新たなスクリーンマス「masa」で存在を誇示した。ポリエステルやナイロンといった繊維メッシュにNiをナノ膜厚でメッキ成膜したもので、この結果、印刷寸法精度、解像性、耐久性がアップ。つまり、印刷エリアにSUSメッシュを用いない直貼りスクリーンマスクでも繊維メッシュ＋SUSメッシュのコンビネーションスクリーンに近い寸法安定性を備える。最大の特徴は静電防止効果があるため、SUSスクリーンで問題になる静電気によるヒゲの発生が抑制できること。気になる寿命は2000ショット以上を確保。メッシュ数255、280、305、355、380、420をラインアップ。すでにサンプル出荷中で、説明員はSUSスクリーンマスクより安価な点を強調していた。

王子製紙が有機透明導電フィルムをPR

　ここにきてフレキシブルディスプレイ向けとして新組成プラスチックフィルムやポストITO透明導電膜の提案が相次いでいるなか、王子製紙は新たな有機透明導電性フィルムを展示し激戦市場へ進出することを表明した。PETフィルムをはじめとするプラスチックフィルムの下部に塗布型ハードコート、上部に独自の酸系導電性ポリマーを塗布したもので、高導電性タイプは表面抵抗300Ω/□で全光線透過率89％と無機ITO膜に匹敵するレベル。もちろん、ポリマーだけに図5のようにフレキシブル性に優れており、曲げても表面抵抗はほとんど変化しない。また、ITO膜に比べ傷つきにくなど耐擦傷性も高い。デバイスメーカーは市販のポリマー用エッチャントでウェットエッチングできるため、パターニングも容易で、ブースではベタフィルムに加え、東亜合成のエッチャントでパターニングしたサンプルも展示していた。

ガラスキャリアへの密着性と剥離性を兼ね備えたプラスチックフィルム材料が

　新組成の透明プラスチックフィルムではJSRがWhat's NEWを演出。新開発した芳香族系樹脂ベースの「LUCERAフィルム」をアピールした。基本物性は表1の通りで、Tgは280℃をマーク。全光線透過率も88％と比較的高く、透明ポリイミド(PI)フィルムに比べ湿度膨張係数が低いのが特徴。また、透明PIフィルムで問題となる熱処理による着色も少ない。もちろん、ITO膜付きフィルムも出荷可能で、真空成膜後、230℃でアニールすれば10Ω/□(可視光透過率88％品)という低抵抗が得られる。さらに、塗布型絶縁膜材料として有機溶媒に溶解させたワニスでも提供可能だ。

写真6 ガラスへの成膜サンプル(JSR)

　こうしたなか、最大のインパクトを与えたのがワニス状の「LUCERA Sシリーズ」。フレキシブルディスプレイ専用のサブストレートマテリアルで、Tgは350℃以上ときわめて高い。注目されるのが使用方法で、パネルメーカーはガラスなどのキャリア基板に所定の膜厚で塗布し熱硬化(1次：70℃×30min＋120℃×30min、2次：300℃×60min)させた後、各種プロセスによりパネルを完成。最後に、物理的なきっかけを与えてから手でキャリア基板から剥離するとフレキシブルディスプレイができる仕組み。つまり、ガラスキャリアとの密着性と剥離性というトレードオフの関係を解消したマテリアルで、熱膨張係数は2〜13ppm/℃、湿度膨張経緯数も10〜17ppm/％RHとプロセス耐性にも優れる。また、残留応力も低く、硬化後は反りも小さいという。

　周知のように、プラスチックフィルム基板を用いるフレキシブルディスプレイの製造方法は�@Roll to Roll方式などにより直接プラスチックフィルム基板を搬送しながらデバイスを作製する、�Aガラスなどのキャリアサブストレートにプラスチックフィルムを固定した後、デバイスを作製する、�Bガラスなどの転写基板上にデバイスを作製した後、デバイスをプラスチックフィルムに転写する、�CPIなどの絶縁材料をキャリア基板全面に塗布した後、デバイスを作製し、最後にキャリア基板から絶縁フィルムごとリリースする、という四つの方法が知られる。あくまでも私見だが、�@はディスプレイのような多層で高精細パターニングデバイスではかなり難易度が高く、�Aもプラスチックフィルムの寸法変動が問題になる。また、�Bも最後の剥離工程での難易度が高い。これに対し、�Cは最後のリリースさえきちっとできればもっとも容易にフレキシブルディスプレイが実現するともみられ、そうした意味でLUCERAはフレキシブルディスプレイにとって強力な援軍になるかもしれない。

写真7 グラビアオフセット印刷機(ミノグループ)

新たなグラビアオフセット印刷機が

　プリンタブルエレクトロニクスの要となる印刷装置でもWhat's NEWが相次いだ。まずはスクリーン印刷機メーカーとして知られるミノグループで、グラビアオフセット印刷機市場に進出することを表明。新たにリリースするのは印刷エリア100×100�o対応のテスト装置「MGO-F1010」で、版は金属またはガラスをエッチング処理した平版を使用。つまり、凹版の溝に充填したインクをシリコンブランケットゴムに転写し、これを基板に転写印刷する仕組みだ。周知のように、生産性を考えると円筒形状のグラビアロール版を用いるのが一般的だが、「テスト装置なので、版のハンドリングが容易な平版対応装置にした」という。気になる印刷解像度はL&S＝30μm/30μmまで実現可能だ。標準価格は1200万円で、今春からリリースする。もちろん、近い将来はグラビアロール版を用いたインライン型量産装置を製品化する予定だ。

プリンタブルデバイス向けに新たなIJ装置メーカーが

　一方、IJ装置では民生用の大判装置を手掛ける武藤工業(MUTOH)がプリンタブルデバイスなどの産業用IJ装置市場へ進出することを表明した。ファーストターゲットはLCDバックライトの導光板と塗布型透明電極で、前者ではTiO2インクをドット状でIJ印刷したサンプルを展示。ドット径は0.4〜0.9�oで、オンデマンド印刷のため、ドット径の制御によって色温度が自在に設定できる点をアピールしていた。ブースではスクリーン印刷でドット印刷したサンプルも展示、IJ印刷でも同等の輝度ユニフォミティが得られることを示した。

写真9 PEDOT/PSSインクをIJ印刷したサンプル(MUTOH)

写真8 導光板の比較(MUTOH)　左がスクリーン印刷品、右がIJ品

　他方、後者はPETフィルム上にPEDOT/PSSインクをIJ印刷したサンプルを披露。線幅はミニマム100μm、表面抵抗はミニマム100Ω/□で、電子ペーパーやタッチパネルなどに最適だという。今後、これらのデバイス用量産装置を開発する予定で、マックス1500�o幅まで対応できる。

低融点ガラスペーストを熱硬化させて有機ELを封止

　中外炉工業は有機ELデバイス用封止装置を紹介。といっても、コンベンショナルなUV硬化装置ではなく、いわゆる熱処理装置だ。つまり、シール材に低融点ガラスペーストを用いてディスペンス印刷した後、IRまたは熱風循環加熱によって焼成してデバイスを気密封止する。有機ELDのトップメーカーが量産採用しているレーザー局所加熱方式と違い、「ガラスフリットを溶融によって完全にガラス化できるのが特徴」だという。

　ブースでは先頃完成した420×520�o対応のバッチ型テスト装置を紹介。基板を縦方向に10枚収容し一括で熱処理する装置で、マックス500℃で加熱できる。基板の面内温度均一性も±3℃を確保。クリーン度もクラス100に対応しており、O2濃度も100ppm以下に抑制できる。ユーザーはこのテスト装置に実基板を持ち込んでプロセスを検証することができる。すでに某メーカーはこのプロセスを量産採用することを決定。基板を水平搬送しながら連続処理するインライン型量産装置を導入中だという。

　ところで、このプロセスは確かに封止性という意味ではシール材を完全にガラス化できるため理想的といえるが、当然のことながら高温処理によって有機EL層が熱分解するのを避けるため、プロセスの順番や熱ダメージ抑制方法などプロセスの工夫が必要になる。これについては残念ながら説明員は「ノーコメント」の一点張りで、このプロセスが果たして画期的なものかどうかは判別できなかったというのが正直な感想だ。