TechBlickハイライト
今週は、ディスプレイ業界のイノベーションの深さと広さを紹介する2本の連載を掲載します。 本記事では、microLED、microOLED、量子ドット、プリンテッドディスプレイ、蛍光体、TFT、ディスプレイにおけるAI、反射型ディスプレイ、ナノインプリント、AR/VRなど、さまざまなイノベーションを紹介する40以上の個別の画像や図表を掲載しています。この記事の目次は下記からご覧いただけます。
この記事の中で
未来にふさわしいディスプレイ技術に賭ける
ビデオ会議の未来を形作るディスプレイ裏面イメージングとAI
大面積microLEDディスプレイのためのレーザー誘起前方転写とフォトニックソルダリング
マイクロLEDの転写におけるカートリッジ式印刷
マイクロLEDとマイクロチップの転写におけるゼログラフィックベースのデジタル制御マイクロアセンブリ
テープオンリール方式によるマイクロLEDディスプレイの微細化
大面積基板（ウェハー）上でのGaN LEDエピタキシャル成長の実現
マスクフリーRGB高PPI直接描画型マイクロOLEDの実現に向けて
高PPI直接描画（ビアマスク）マイクロOLED
ミニ・マイクロLEDのタイリングや転写・配置での印刷
ディスプレイ修理における超精密印刷
ヘルスケア向け130%伸縮可能なmicroLEDディスプレイの作製
フレキシブル／ローラブルディスプレイの信頼性評価のためのベンチマーク設定
曲げ半径2μm以下の超薄型ガラス
これらの記事で紹介されているイノベーションは、すべて次回のLIVE（オンラインイベント）で発表または出展される企業のものです。 ディスプレイの技術革新と市場動向. このイベントは、2021年7月14日～16日の約2週間で開催されます。
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未来のために、適切なディスプレイ技術に賭ける
プラズマの終焉後、液晶は10年以上にわたってテレビ市場を席巻してきた。有機ELはかつて、次世代の大型ディスプレイ技術として確実な勝利を収めると考えられていた。無限のコントラスト、完璧な黒、鮮やかな色を実現し、最終的にコストはLCDと同等かそれ以上になると、推進者は長い間約束してきたのだ。しかし、OLEDは、この後者の約束を果たすことができませんでした。
一方、液晶ディスプレイのコストは下がり続け、性能とサイズは向上する傾向にある。量子ドットはすでにハイエンドの液晶テレビで普及し、現在ではミドルレンジのモデルにも広がっています。バックライトには、ほとんどのテレビメーカーが2021年のフラッグシップモデルにMiniLEDを採用している。新しい技術も出てきている。最初のQD-OLEDパネルは、2021年後半に発売されるはずです。長期的には、microLED、nanorod LED、QLEDはすべて、テレビ用途の有望な代替品となる。
しかし、OLEDは立ち止まってはいません。TADFや燐光ブルーなど、より優れた材料を使えば、輝度や色の面で性能を向上させることができますし、インクジェット印刷を使えば、ようやくコスト面での約束を果たすことができます。このように新しい技術が次々と登場することは、消費者にとっては喜ばしいことである。
ディスプレイメーカーにとっては、チャンスであると同時に戦略的な頭痛の種でもある。高度なディスプレイ技術を開発し、製造設備を整えるには何十億ドルもの費用がかかる。先進的なディスプレイ技術を開発し、製造設備を整えるには、何十億ドルものコストがかかる。
YoleはTechBlickにおいて、ディスプレイ産業、特に中・大型ディスプレイの技術トレンドに関する見解を発表する予定である。以下の図がその概要である。有機ELの分野では、ボトムエミッション型白色有機ELからトップエミッション型白色有機ELへと移行してきた。現在は、QD-OLEDに移行している。
TechBlickのLIVE(オンライン)インタラクティブ・カンファレンスに参加すると、より詳しい情報を得ることができます。 ディスプレイ＆ライティング。イノベーションと市場動向（2021年7月14日～16日） 年間パスで
ディスプレイ裏の画像とAIがビデオ会議の未来を形成する
最近、私たちはコンピューターの前で、次々とビデオ通話をする日々を送っています。しかし、カメラの位置が悪いと、会話に不自然さが出てしまいます。実際、会話に自然さが感じられず、ボディランゲージの手がかりを逃してしまうという苦情がよくあります。これはやがて変わるでしょう。
大きなトレンドは、スクリーン越しの映像です（上端にカメラを配置するのではなく）。これによって、より自然な映像が得られるようになります。もちろん、ディスプレイの透過率が低いことが課題です。液晶ディスプレイの場合、開放アスペクト比は53％程度です。さらに、赤外では、可視よりもはるかに高い透過率になります。実際、現在、多くのサプライヤーがIR透過型のディスプレイシートを開発しています。これにより、画面の背後にLEDレーザー光源とIR感光カメラを配置することが可能になります。
マシンビジョンの進化は、ディスプレイにおいて非常に重要な役割を果たすでしょう。ニュートラルネットワークが開発され、顔認識や視線、ぼかし、スケール、位置の補正を行い、できるだけ自然な会話ができるようになります。
これは、アルゴリズム開発とIR透過型ディスプレイの開発の両面から、ディスプレイの分野では非常にホットなトレンドです。 この分野のあらゆるプレーヤーが関わっている。TechBlickでは、この分野の最先端を開発する研究チームの一つであるマイクロソフト社の話を聞くことができます。
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大面積マイクロLEDディスプレイのためのレーザー誘起前方転写とフォトニックソルダリング
ホルストは、プリンテッド・エレクトロニクス、フレキシブル・エレクトロニクス、大面積エレクトロニクスにおけるイノベーションの最前線にいます。彼らはしばしば、研究のテンポや方向性を決定します。今回、彼らは、大面積のマイクロLEDの高速組み立てを可能にする多くの技術に取り組んできました。
フレキシブル基板へのR2Rフォトニックソルダリングは、基板へのマイクロLEDのハンダ付け（貼り付け）を高速化できる優れた方法です。最適化すれば、数ミリ秒の単位で行うことができる（従来のはんだリフローやECA用熱硬化のタイムスケールと比較）。
LIFT（Laser Induced Forward Transfer）は、マイクロLEDを基板上に高速で移動させる方法である。これは、紫外線（エキシマ）レーザーのパルスが、透明なキャリアの裏側から入射する。レーザーの光は、μLEDを仮止めしていた薄い接着剤に吸収され、蒸発する。これにより、μLEDは物理的に吹き飛ばされ、最終的に密着させた表示パネルに押し付けられる。最終的にガラス板に付着した接着剤が、μLEDを固定する。この方法により、サファイアで作られたLEDを経済的に大面積かつ高速に転写することが可能になった。
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マイクロLED転写におけるカートリッジ式印刷
マイクロLED製造の主な課題の1つは、高歩留まり（>>99.999%）かつ高スループットの転写プロセスです。多くのアプローチが開発されている。いくつかの興味深い技術は、何らかの印刷を伴うものです（スタンプ転写、R2Rなど）。ここでは、2つの興味深いアプローチにのみ焦点を当てる。
1つ目は、VueReal社が開発したカートリッジベースのアプローチである。そのプロセスは以下の通りです。まず、マイクロチップを搭載したドナー基板をレシーバー基板に接触させます。そして、2枚の基板をアライメントしてから転写を行う。このとき、マイクロチップをドナー基板に付着させている力に打ち勝つために、何らかの力機構を適用する必要がある。この力は、熱的なものと機械的なものの組み合わせになると思われる。
VueRealのパートナーは、エンドツーエンドの生産準備ツール、高歩留まりが検証されたmicroLEDとカートリッジプロセス（99.999％）、VueReal技術を用いた30x40cm2基板用の市販のマイクロプリンタツールにアクセスすることができます。
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マイクロLEDとマイクロチップの転写を行う、ゼログラフィーによるデジタル制御のマイクロアセンブリ
もう一つ、興味深いのは、ゼロックス社のParc社による初期の開発です。これは、ゼログラフィック印刷を応用したものです。ここでは、マイクロGaN LEDなどのマイクロチップを溶液に懸濁させます。そして、電極の2次元配列を制御するアクティブマトリクス基板上にキャストし、静電気力を発生させて、カメラの視線の下で個々のチップを空間的に移動させる。
2021年のデモ機は、50umのLEDに2.5×2.5cmの小さなサイズで、歩留まりデータはない。組み立て工程は、フォトスイッチアレイにアドレス指定するプロジェクターを用いて実現される。液体からの大量無秩序堆積から最終的なアライメントまでの組立工程は以下の通りです。現状では遅すぎるが、一桁改善すれば競争力を持たせることができる。
このプロセスは、特別なマイクロチップの構造を必要としないため、興味深い開発ポテンシャルを持っています。また、アライメントや位置決めはソフトウェアで制御されるため、任意の複雑な形状も可能である。
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テープオンリール方式によるマイクロLEDディスプレイの微細化
マイクロLEDの分野では、さまざまな革新的な技術が生み出されています。そのひとつが、テープオンリール方式で大面積のマイクロLEDディスプレイを組み立てる方法です。
下図をご覧ください。ここでは、まずマイクロLEDを大きなパネルに転写し、さらに小さなタイルに切り分けます。タイルは検査工程を経て、コントラストを高めるために黒色の充填材が追加されます。このように、テープオンリール方式を採用することで、SMTのようなプロセスで大型のマイクロLEDディスプレイを構築することが可能になりました。これは、PlayNitrideによる、この分野での非常に興味深いイノベーションです。
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大面積基板（対ウェハー）でのGaN LEDエピタキシャル成長が可能になる。
現在、GaN LED の製造には、硬い単結晶ウェハー上にエピタキシーが行われています。この方法では、高品質の低欠陥LEDウエハーを得ることができるが、その面積は限られている。しかし、ガラスや金属箔のような大面積の基板上にLEDを成長させることができたらどうでしょうか。
アイビームマテリアルでは、大面積LEDエピタキシのための新技術を開発しています。アイビームは、薄い金属箔の基板を使用することで、LED用の単結晶テンプレートをロール・ツー・ロール（R2R）プロセスで製造することができます。このプロセスの鍵は、金属箔とGaNのエピタキシャル層の間に位置するイオンビーム結晶配向層です。これにより、非常に大きな面積のGaNエピタキシャルシートを低コストで作製することができ、光デバイスとトランジスタデバイスの大面積モノリシック集積が可能になる可能性があります。
この技術は非常に興味深いものですが、まだローテクレベルの準備段階です。ウェハーベースの LED 産業が蓄積してきた経験のほんの一部、ほとんど無視できるほど小さいものです。実際、大面積基板上での GaN LED 成長について、QY、寿命、経済性、その他の重要な要素 を十分に評価することはまだできていない。しかしながら、これは有望な方法である。
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マスクフリーRGB高品位直接描画型マイクロOLEDの実現に向けて
明るい高PIマイクロディスプレイのニーズは、特にAR/VRグラスにおいて明確である。マイクロOLEDは、特に白色OLEDとカラーフィルター技術に関しては、成熟した技術オプションである。
下の表は、様々な選択肢をベンチマークしたものである。白色OLED/カラーフィルター方式は、PPIは高いが輝度が制限される（カラーフィルターは1/3の電力を浪費する）。直接RGB OLEDは、より高い輝度を持つことができるが、現在、PPIはそれほど高くない。
Imecは、OLEDの直接フォトリソグラフィーに基づく、興味深いRGB OLED技術を開発している。以前は、単色のディスプレイを実証していた。現在は、RGBの高PIディスプレイへの道筋を描いている。
駆動回路として、BEOL技術により、7055ppiに相当する3.6μmのRGB対応画素を持つIGZO TFTを実現する。また、フォトリソパターン化されたRGBマイクロOLEDを開発するため、専用製造ラインと単一プロセスフローを開発中である。提案するプロセスを以下に示す。
エッチング、プラズマ照射、チャンバー交換、熱・UV工程などでの劣化を最小限に抑えるなど、多くの課題を克服しなければならないため、まだ進行中のプロセスである。しかし、ImecはTechBlickで、パターニングの有無にかかわらず、OLEDの寿命に観察可能な劣化がないことを示す結果を発表する予定である（T95@1000 nits >200h）。
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高PPI直接描画（ビアマスク）型microOLED
eMaginは、高PI高輝度RGBマイクロOLEDの技術リーダーである。長年にわたり、彼らは素晴らしい進歩を遂げてきた。2011年に2万cd/sqmだったものが、2021年には7000cd/sqmになり、短期目標は10000cd/sqm、中期目標（2023年）は28000cd/sqmとされている。解像度では、VGA（640x480）から現在では2kx2k（2049x2048）へと進歩している。なお、7k Cd/sqmはRGBのWUXGA解像度の場合である。この製品は、軍用や航空用の顧客が確立している。
この技術は、非常に微細なマスクを介した蒸着RGB有機ELがベースになっている。このマスクは、PECVDでSiNxをコーティングしたシリコン基板をエッチングすることで作成される。そのため、微細なRGBパターンは、直接パターニングと蒸発によって実現される（フォトリソグラフィーを使用しない）。
この技術は比較的成熟した技術であり、軍事や航空分野で確立された顧客基盤を持つが、まだ改善の余地がある。現在、製品はすべて米国に拠点を置いています（下記のクリーンルームを参照）。
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ミニ・マイクロLEDのタイリングと転写・配置における印刷について
エアロゾルジェット技術により、ガラスビアや真空プロセスなしでパネルの前面から背面への接続が可能になります。エアロゾルジェットは、トポロジーに関係なく、基板から5mmという高いアスペクト比で、10μmまでの高解像度でプリントすることができます。また、To-edgeとFull-Wrapの場合、それぞれ1時間あたり36,000本と18,000本のインターコネクトを印刷することができます（いずれも0.5mm長）。
TechBlickでは、パネル表面から裏面への高速・高密度印刷のデモや、他の方法で形成された既存のメタライゼーションを修復する事例を紹介します。
スクリーン印刷は、マイクロLEDディスプレイにも応用できます。ビアフィルや、ECAやはんだペーストなど、ミニLEDやマイクロLEDの接合材料の成膜に使用することができる。さらに、スクリーン印刷は、ミニまたはマイクロLEDと外部回路との間の接続ラインを印刷するために使用することができる。最後に、スクリーン印刷は、ラップアラウンド電極を印刷することもできる。この場合、基板を精密に回転させながら印刷を行います。この方法でも、真空プロセスが不要になります。
このように、スクリーン印刷は、真空PVDプロセスを使用する場合でも、ビアフィリングなどの用途に使用することができます。
下の画像はアプライドマテリアルズ社によるもので、L/S30μm/50μmのエッジ電極が印刷可能です（実際の印刷例はL/S40μm/60μm）。
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ディスプレイ修理における超精密印刷
エレクトロハイドロダイナミック・ジェット（EHJ）印刷は、下図のようにデジタル機能印刷の解像度を0.1～1µmの範囲にすることが可能です。多くの場合、EHJプリンターは単一ノズルであるため、全体が制約され、産業用途には限界があります。 スクローナでは、12個のプリントヘッドを搭載したシステムを開発中です。
下の画像（左）は、Scronaのプリントヘッドで2次パッチを印刷しているところです。このパッチは銀のインクで印刷されていますが、他のインク、例えば量子ドットインクでも印刷可能です。興味深い応用例としては、マイクロLEDへの色変換フィルタの成膜が挙げられます。
下の画像で重要なのは、スクローナのプリントヘッドの12個のノズルで印刷された12個の同じ領域が見えることです。複数のノズルは、基本的に出力を複製し、スループットを向上させ、業界の高スループット超精密システムの基礎を築きます。
XTPLは、特殊なマイクロディスペンサーと高粘度のAgナノ粒子インクシステムを用いて、平面や非平面上に非常に微細な形状を印刷できる超精密デジタルプリンタも開発しています。
また、ディスプレイ産業への応用も期待されています。下の画像（右下）は、このプリントヘッドを応用して、Agナノ粒子ベースの微細な凹凸をプリントしているところです。また、別の例では（右上）、有機ELディスプレイのオープン欠陥の修復に応用されています。
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医療用130％伸縮マイクロLEDディスプレイを開発
これまでにも、有機ELを中心に、伸縮可能なディスプレイの話題や技術デモはたびたび行われてきた。しかし、世界で初めて完全なフレキシブルディスプレイを商業的に発売したRoyoleは、伸縮可能なマイクロLEDディスプレイを実証した。ここでの利点は、microLEDは開口サイズを小さくすることができ、OLEDのように封止を必要としないことである。
伸縮性を実現するために、従来のアイランド・プラス・ウェーブ配線方式が採用されています。開口部を小さくすることで、リジッドアイランドを小さくし、伸縮性を向上させています。
製造工程は以下のとおりです。デバイスは、仮のガラス基板の上に置かれたフレキシブル基板上で製造されます。ピックアンドプレースや印刷など、マイクロLEDの組み立て方法を用いて、マイクロLEDを転写・接着する。その後、回路全体を仮設ガラスから剥離し、シリコーン、TPE、ゴムなどのエラストマー材料で封止する。
Royoleは、0.6mmピクセルピッチ（42PPI）で90x150μmのLEDを含む2.7インチの伸縮透明ディスプレイをデモし、最大130％の伸縮性を示した。
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フレキシブル／ローラブルディスプレイの信頼性評価のためのベンチマーク設定
下のグラフは、ディスプレイの大型化の流れを示している。同時に、携帯電話のディスプレイ技術の変遷も示している。LCDからガラス有機EL、プラスチック有機EL、そして現在では折りたたみ/巻取り可能なディスプレイへと変遷している。
これらの折りたたみ／巻取り式ディスプレイの信頼性は、従来の（リジッド）デバイスに比べると、まだ成熟しているとは言えない。例えば、ここに示すように、曲面や折りたたみ式のデバイスに薄いカバーウィンドウフィルムやガラスを組み込む場合、新しい故障モード（折り目、剥離、座屈、傷、低エネルギー衝撃など）が重要になるであろう。これらのデバイスの性能を正しく評価するためには、新しい信頼性試験を定義する必要があります。
TechBlickが開催するカンファレンスでは、Googleが折りたたみ式ディスプレイの機械的、環境的、表面的耐久性評価に関する最新の試験手法の概要を説明します。
曲げ半径2μm以下の超薄板ガラス
フレキシブルガラスや折りたたみガラスには、すでに長い開発の歴史があります。私が初めてコーニングのフレキシブルディスプレイを見たのは、今から12〜13年ほど前、まだ学生だったころだと記憶しています。その後、技術は大きく進歩しました。
特に、曲げ加工を改善したり、クラックの発生や伝播を抑制するために、さまざまなアプローチが開発されてきました。Schott社は、携帯電話のカバーガラスとしてフレキシブルガラスの商品化に成功した実績があり、この分野のリーダーの一人である。
今回のTechBlickでは、ショットの最新の進捗状況を発表します。下図に示すように、ショットは現在、曲げ半径2mm未満を実現することができます。
第2部
ディスプレイ業界におけるイノベーションの深さと息づかい
[This is automatically translated from English]