ドイツ連邦教育研究省（BMBF）から資金提供を受け、現在終了している共同プロジェクトLAOLA（資金提供コード：03INT509AF）において、フレキシブル基板上の有機発光ダイオード（OLED）を用いた大面積照明アプリケーションを開発する必要があります。
このプロジェクトでは、超薄型ガラスに着目しました。超薄型ガラスは、プラスチックに比べてバリア性に優れているため、基板としての利点があります。フラウンホーファー電子ビーム・プラズマ技術研究所（FEP）では、ロールツーロール方式で有機ELをフレキシブルガラスに貼り付けました。このプロセスを用いて設計された手術用ライトは、2022年3月23日、24日にミュンヘンで開催されるLOPEC 2022で、プロジェクトコーディネーターのOrganic Electronics Saxony e.V. (OES) の共同ブース（No. B0.308）で発表される予定です。
大面積有機ELのまぶしさのない均質な光は、非常に心地よく感じられ、製品デザインに多くの利点をもたらしています。そこで、最近終了したLAOLAプロジェクトでは、フレキシブル基板上の幅広い用途に対応する平面照明として、有機ELが開発されました。このプロジェクトでは、優れたバリア性によりプラスチックよりも基板としての優位性がある、フレキシブルな超薄型ガラスに焦点を当てました。この技術の一部は、LAOLAに関連する日独間の国際化プロジェクトの一環として、山形大学にある日本のパートナークラスタYUFICの協力パートナーとともに研究されたものです。 特にここでは、フレキシブルな超薄型ガラスの基板としての確立が進められた。
WOLFRAM Designers and Engineers（WDI）は、技術開発だけでなく、適切なアプリケーションを検討するために、超薄型ガラス上の有機ELの具体的な応用領域を検討した。それを実現したのが、大型の有機EL発光面とLEDスポットライトを組み合わせた形状デザインの手術用ライトです。有機ELを翼状に設置し、まぶしさのない間接照明を実現するとともに、LEDスポットライトで直射照明を可能にしました。
超薄型ガラス技術に関する専門知識で日独が協力
超薄型ガラスで実際に有機ELを製造するには、他にも多くのパートナーが協力した。このバリューチェーンの始まりは、超薄板ガラスロールのメーカーである日本電気硝子株式会社（以下、日本電気硝子）である。(日本電気硝子株式会社は、超薄板ガラスロールの製造メーカーです。山形大学では、この超薄板ガラスに透明導電膜（TCO）を300mm幅で蒸着し、有機ELの陽極材料として加工している。しかし、シート抵抗は1平方メートルあたり30Ω程度であり、206×最大95mm²の発光領域全体を均一に照らすには十分ではありませんでした。95mm²の発光領域全体を均一に照らすには、シート抵抗が30Ω/m2程度では不十分です。 これを解決するために、薄いゲインラインを印刷した。これは、セリアエンジニアリング株式会社（ロールtoロールスクリーン印刷工程）、藤倉化成株式会社（印刷ペーストメーカー）と共同で、山形大学のロールtoロールスクリーン印刷機で行われました。(印刷ペーストメーカー）との共同研究です。
蒸発、切断、構造化プロセスの新しい技術
フラウンホーファーFEPの科学者であるジャクリーン・ハウプトマン博士は、「有機ELデバイスの長期安定性と照明器具の衛生面の確保が、基板として超薄型ガラスを選択する上で重要な役割を果たしました」と説明します。「このプロジェクトの焦点の一つは、フラウンホーファーFEPの既存のロール・ツー・ロール真空コーティング装置を改造し、厚さ50および100マイクロメートルの純超薄型ガラスを30～50ニュートンの範囲で簡単に巻き取り、コーティングし、封止することでした。プラントのレトロフィットは、FHR Anlagenbau GmbH社によって成功裏に行われました。"
陽極と陰極のコーティングのためのロールツーロールプロセスで薄い金属層を成膜するために、金属蒸発器はプロジェクトパートナーのCREAVAC-Creative Vakuumbeschichtung GmbHによって改造されました。これにより、カルシウムと銀を同時に蒸発させ、幅290mmにわたって厚さ8ナノメートル（カルシウムと銀の比率は1：7）の透明な層を、層厚のばらつきが1％未満になるように実現しました。
さらに、OLEDの分離と相互接続のために必要なレーザー切断と構造化プロセスも、さらなる課題であることが判明しました。プロジェクトのパートナーであるHeliatek GmbHと共同で、粒子数が少なく、すでに完成したデバイスを続けて構造化するための大きな可能性を秘めた、別の構造化方法を開発しました。この方法では、印刷されたパッシベーションで覆われたアノードを超薄型ガラスに通してレーザー照射します。さらに、熱蒸発メラミンの使用もプロジェクトで検証され、プロジェクトパートナーのCreaphys GmbHとHeliatek GmbHとともに開発を進めてきました。両技術は、フレキシブル有機エレクトロニクスの新たな応用分野として、大きな可能性を秘めています。
産業界への技術移転が可能な成果
プロジェクトパートナーである3D-Micromac AGとのプロジェクトにおいて、OLEDの最終的な分離を成功裏に開発することができました。ベッセル光学系1 を備えたレーザーを用いて、基板側と封止側の両面に超薄型ガラスをフィラメント化し、その後、接着剤を機械的に分離することが実証されたのです。切削速度は毎秒400mmを達成しました。プロジェクトのパートナーであるTesa SEからは、薄板ガラスに封止するためのさまざまな粘着テープがテストされ、またウォータートラップ部品がテストされ、切断されたガラスとガラス-粘着-ガラス積層体の機械的強度が調査されました。
新日鉄化学のフレキシブルステンレスフィルムを不透明な有機ELデバイスの封止材として試験した。この30マイクロメートルの薄膜はロール・ツー・ロール法で非常によく加工でき、温度管理が容易なため、超薄型ガラス封止の代替品として有望である。このガラス接着剤付きステンレス製有機ELディスプレイの分離は、三星ダイヤモンド工業株式会社（以下、MDI）2が行いました。
Organic Electronics Management GmbHは、プロジェクトの調整に加え、WDIが開発したリードアプリケーションの市場調査や製造コンセプトを作成し、パートナー企業による技術移転の道を開きました。OESのプロジェクトマネージャーであるJonas Jung博士は、「すべてのパートナーに革新的な製造技術を適用することで、有望なOLEDデモ機を開発し、フレキシブルエレクトロニクスに新しいアプリケーションの可能性を開くことができました」と述べています。LAOLAプロジェクトのこの素晴らしい成果は、長年にわたる日独の協力関係の革新的な力を明確に示すものです。"
3年間のLAOLAプロジェクト（2018年～2021年）で得られた成果は、他の既存のロールツーロールテープラインに直接移行することができます。また、加工後に巻き取り状態になったガラスとガラスの接合体から有機ELモジュールを分離することに成功したことも、将来的に容易に移管することが可能です。
LAOLAプロジェクト（Large-area OLED lighting applications on thin flexible substrates, funding code 03INT509A）におけるドイツ連邦教育研究省（BMBF）の支援、およびドイツと日本のすべてのプロジェクトパートナーに感謝します。
1 ホワイトペーパー 1 「OLED 照明およびディスプレイアプリケーション用超薄型ガラスの分離の ための最適化されたレーザー切断 プロセスおよびシステムソリューション」, René Liebers
2 "超薄型ガラス基板とカプセル化ステンレス鋼箔を用いたOLED照明用ロールツーロール製作" 古川忠弘、Jacqueline Hauptmann他、IDW'21、FLX5/FMC6-1 2021年
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