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 プロトタイプOLED照明パネル | |
| タイプ | 導かれた |
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有機発光ダイオード（OLED ）は、有機EL （有機EL）ダイオードとも呼ばれ、[1] [2] 、発光層が電流に反応して光を発する有機化合物フィルムである発光ダイオード（LED）の一種です。この有機層は2つの電極の間に位置し、通常、これらの電極の少なくとも1つは透明です。OLEDは、テレビ画面、コンピューターモニター、スマートフォンや携帯ゲーム機などのポータブルシステムなどのデバイスでデジタルディスプレイを作成するために使用されます。主要な研究分野は、固体照明アプリケーションで使用するための白色OLEDデバイスの開発です。 [3] [4] [5]
OLEDには、小分子をベースにしたものとポリマーを採用したものの2つの主なファミリーがあります。OLEDに可動イオンを加えると、動作モードがわずかに異なる発光電気化学セル（LEC）が作成されます。OLEDディスプレイは、パッシブマトリックス（PMOLED）またはアクティブマトリックス（AMOLED）制御方式で駆動できます。PMOLED方式では、ディスプレイの各行とラインが1つずつ順番に制御されますが、[6] AMOLED制御では、薄膜トランジスタ（TFT）バックプレーンを使用して各ピクセルに直接アクセスしてオンまたはオフに切り替えるため、高解像度と大型ディスプレイが可能になります。OLEDは、 pnダイオード結晶固体構造をベースにしたLEDとは根本的に異なります。LEDでは、ドーピングを使用してホスト半導体の導電性を変更することでp領域とn領域を作成します。OLEDは結晶pn構造を採用していません。OLEDのドーピングは、量子力学的光再結合率を直接変更することで放射効率を高めるために使用されます。ドーピングは光子放出の波長を決定するためにも使用される。[7]
OLEDディスプレイはLCDと同様の方法で製造され、マザー基板上に複数のディスプレイを製造し、その後、このマザー基板を薄くして複数のディスプレイに切断する。OLEDディスプレイの基板は、LCDの製造に使用されるものと同じサイズである。OLEDの製造では、TFT（アクティブマトリックスディスプレイの場合）、アドレス指定可能なグリッド（パッシブマトリックスディスプレイの場合）、またはインジウムスズ酸化物（ITO）セグメント（セグメントディスプレイの場合）の形成後、ディスプレイは、最初の2層の後にホール注入層、輸送層、ブロッキング層、および電界発光材料でコーティングされ、その後、ITOまたは金属が再びカソードとして適用される場合がある。その後、材料のスタック全体がカプセル化される。TFT層、アドレス指定可能なグリッド、またはITOセグメントは、ITOまたは金属で作られる可能性があるアノードとして機能するか、アノードに接続されている。 [8] OLEDはフレキシブルで透明にすることができ、透明ディスプレイは光学式指紋スキャナーを備えたスマートフォンで使用され、フレキシブルディスプレイは折りたたみ式スマートフォンで使用されている。
歴史
フランスのナンシー大学のアンドレ・ベルナノスとその同僚は、1950年代初頭に有機材料における電界発光を初めて観察した。彼らは、セルロースやセロハンの薄膜に沈着または溶解したアクリジンオレンジ染料などの材料に、空気中で高交流電圧を印加した。提案されたメカニズムは、染料分子の直接励起または電子励起のいずれかであった。[9] [10] [11] [12]
1960年、米国ニューヨーク大学のマーティン・ポープと彼の同僚たちは、有機結晶へのオーム性暗注入電極接点を開発した。[13] [14] [15]彼らはさらに、正孔および電子を注入する電極接点に必要なエネルギー要件（仕事関数）を説明した。これらの接点は、すべての現代のOLEDデバイスにおける電荷注入の基礎となっている。ポープのグループはまた、1963年に小さな面積の銀電極を400ボルトで使用して、単一の純粋なアントラセン結晶とテトラセンをドープしたアントラセン結晶上で真空下で直流（DC）エレクトロルミネセンスを初めて観察した[16]。提案されたメカニズムは、分子蛍光の電場加速電子励起であった。
ポープらは1965年に[17]、外部電場がない場合、アントラセン結晶の電界発光は熱化された電子と正孔の再結合によって生じ、アントラセンの伝導レベルは励起子エネルギーレベルよりもエネルギーが高いことを報告した。また1965年には、カナダ国立研究評議会のヴォルフガング・ヘルフリッヒとWGシュナイダーが、正孔と電子を注入する電極を使用してアントラセン単結晶で初めて二重注入再結合電界発光を生成したが、これは現代の二重注入デバイスの先駆けとなった[18]。同年、ダウ・ケミカルの研究者らは、粉砕したアントラセン粉末、テトラセン、グラファイト粉末からなる溶融蛍光体の高電圧（500～1500V）交流駆動（100～3000Hz ）で電気的に絶縁された1mmの薄い層を使用して電界発光セルを作製する方法の特許を取得した。[19]彼らが提案したメカニズムは、グラファイト粒子とアントラセン分子の接触における電子励起を伴うものであった。
最初に作られたポリマー LED (PLED) は、英国国立物理学研究所の Roger Partridge によるものでした。この LED は、2 つの電荷注入電極の間に最大 2.2 マイクロメートルの厚さのポリビニルカルバゾールのフィルムを使用しました。生成された光は通常の照明条件で容易に見ることができますが、使用されたポリマーには 2 つの制限がありました。導電性が低いことと、電子を注入するのが難しいことです。 [20]その後の共役ポリマーの開発により、他の人はこれらの問題を大幅に排除できるようになりました。彼の貢献は、NPL がこのプロジェクトに課した秘密主義のために見過ごされてきました。1974 年に特許が取得されたとき[21]、政府の産業省がさらなる開発に資金を提供する産業界の協力者を見つけようとしたが失敗したため、意図的にわかりにくい「包括的な」名前が付けられました。[22] [23] [24] [25] [26]
実用的なOLED
イーストマン・コダックの化学者チン・ワン・タンとスティーブン・ヴァン・スライクは、1987年に最初の実用的なOLEDデバイスを開発しました。 [27]このデバイスは、正孔輸送層と電子輸送層を別々に持つ2層構造を採用し、有機層の中央で再結合と発光が起こるようにしました。これにより、動作電圧が低下し、効率が向上しました。[要出典]
ポリマーエレクトロルミネッセンスの研究は、1990年に英国ケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所のJHバロウズが、厚さ100nmのポリ(p-フェニレンビニレン)フィルムを使用した高効率の緑色発光ポリマーベースのデバイスを報告したことで最高潮に達した。[28]分子材料から高分子材料への移行により、有機フィルムの長期安定性に関する問題が解決され、高品質のフィルムを簡単に製造できるようになりました。[28]その後の研究では多層ポリマーが開発され、プラスチックエレクトロニクスとOLEDの研究とデバイス生産という新しい分野が急速に成長しました。 [29] 1995年に日本の山形大学のJ.キドらが開発した白色OLEDにより、OLEDバックライト付きディスプレイと照明が商品化されました。[30] [31]
1999年、コダックと三洋電機は、有機ELディスプレイの共同研究、開発、生産で提携した。同年9月、両社は世界初の2.4インチアクティブマトリックスフルカラー有機ELディスプレイを発表した。[32] 2002年9月、両社はCEATEC Japanでカラーフィルター付き白色有機ELをベースにした15インチHDTVフォーマットディスプレイのプロトタイプを発表した。[33]
小分子OLEDの製造は1997年にパイオニア株式会社によって開始され、その後2001年にTDK、 2002年にサムスンNECモバイルディスプレイ（SNMD）によって開始されました。SNMDは後に世界最大のOLEDディスプレイメーカーの1つであるサムスンディスプレイとなりました。[34]
2007年に発売されたソニーのXEL-1は、最初のOLEDテレビでした。[35] OLED材料会社の1つである ユニバーサルディスプレイコーポレーションは、世界中の主要なOLEDメーカーが使用するOLEDの商業化に関する多数の特許を保有しています。[36] [37]
2017年12月5日、ソニーとパナソニックのプリンタブルOLED事業部門の後継者であるJOLEDは、世界初のインクジェット印刷OLEDパネルの商用出荷を開始しました。[38] [39]
動作原理
典型的な OLED は、基板上に堆積された2 つの電極(陽極と陰極)の間にある有機材料の層で構成されています。有機分子は、分子の一部または全部にわたる共役によって引き起こされるπ 電子の非局在化の結果として導電性を持ちます。これらの材料は、絶縁体から導体までの伝導レベルを持ち、したがって有機半導体と見なされます。有機半導体の最高被占分子軌道と最低空分子軌道 ( HOMO と LUMO ) は、無機半導体の価電子帯と伝導帯に類似しています。[40]
もともと、最も基本的なポリマー OLED は単一の有機層で構成されていました。1 つの例は、JH Burroughesらによって合成された最初の発光デバイスで、ポリ (p-フェニレンビニレン)の単一層が含まれていました。ただし、デバイス効率を改善するために、2 つ以上の層で多層 OLED を製造することができます。導電性に加えて、より緩やかな電子プロファイルを提供することで電極での電荷注入を助けるために、さまざまな材料が選択されるか、[41]電荷が反対側の電極に到達して無駄になるのをブロックします。[42]多くの最新の OLED は、導電層と発光層からなる単純な二重構造を採用しています。2011 年の OLED アーキテクチャの開発では、傾斜ヘテロ接合を使用することで量子効率(最大 19%) が向上しました。[43]傾斜ヘテロ接合アーキテクチャでは、ドーパントエミッターを含む発光層内でホール輸送材料と電子輸送材料の組成が連続的に変化します。傾斜ヘテロ接合構造は、電荷注入を改善すると同時に発光領域内の電荷輸送のバランスをとることで、従来の構造の両方の利点を兼ね備えています。[44]
動作中、OLED には、アノードがカソードに対して正になるように電圧が印加されます。アノードは、光学的透明性、電気伝導性、および化学的安定性の品質に基づいて選択されます。[45]電子がカソードで有機層の LUMO に注入され、アノードで HOMO から引き出されるため、電子電流がデバイスをカソードからアノードへと流れます。この後者のプロセスは、電子ホールがHOMO に注入されるとも説明できます。静電気力によって電子とホールが互いに引き寄せられ、再結合して電子とホールの結合状態である励起子が形成されます。これは、有機半導体ではホールが一般に電子よりも移動しやすいため、発光層の電子輸送層部分の近くで発生します。[要出典]この励起状態の崩壊により、電子のエネルギー レベルが緩和され、可視領域の周波数の放射線が放出されます。この放射の周波数は、物質のバンドギャップ、この場合は HOMO と LUMO 間のエネルギー差に依存します。
電子と正孔は半整数スピンを持つフェルミオンであるため、励起子は電子と正孔のスピンがどのように結合されているかに応じて、一重項状態または三重項状態のいずれかになります。統計的には、一重項励起子ごとに3つの三重項励起子が形成されます。三重項状態からの崩壊（リン光）はスピン禁制であるため、遷移の時間スケールが長くなり、蛍光OLED発光層およびデバイスの内部効率が制限されます。リン光有機発光ダイオード（PHOLED）または発光層は、スピン軌道相互作用を利用して一重項状態と三重項状態の間の系間交差を促進し、一重項状態と三重項状態の両方から発光を得て、内部効率を改善します。
陽極材料としては、一般的にインジウムスズ酸化物（ITO）が用いられる。これは可視光に対して透明であり、高い仕事関数を有するため、有機層のHOMOレベルへの正孔注入が促進される。通常、第2の導電（注入）層が追加され、これはPEDOT:PSSで構成される場合がある。 [46]これは、この材料のHOMOレベルが一般にITOの仕事関数と他の一般的に使用されるポリマーのHOMOの間にあるため、正孔注入のエネルギー障壁が低減されるからである。バリウムやカルシウムなどの金属は仕事関数が低く、有機層のLUMOへの電子注入が促進されるため、陰極によく用いられる。 [47]このような金属は反応性が高いため、劣化を防ぐためにアルミニウムのキャップ層が必要となる。アルミニウムのキャップ層の2つの二次的な利点は、電気接点に対する堅牢性と、透明なITO層への放出光の反射である。
実験的研究により、アノードの特性、特にアノード/正孔輸送層 (HTL) の界面トポグラフィーが、有機発光ダイオードの効率、性能、寿命に大きな役割を果たすことが証明されています。アノードの表面が不完全だと、アノードと有機フィルムの界面の接着力が低下し、電気抵抗が増加し、OLED 材料に非発光性のダークスポットがより頻繁に形成され、寿命に悪影響を及ぼします。ITO/ガラス基板のアノード粗さを減らすメカニズムには、薄膜や自己組織化単分子層の使用が含まれます。また、OLED の性能と寿命を向上させるために、代替基板とアノード材料が検討されています。考えられる例としては、金 (Au) フィルムアノードで処理された単結晶サファイア基板があり、これにより仕事関数、動作電圧、電気抵抗値が低下し、OLED の寿命が長くなります。[48]
シングルキャリアデバイスは、通常、有機材料の運動学と電荷輸送メカニズムを研究するために使用され、エネルギー移動プロセスを研究する際に役立ちます。デバイスを流れる電流は、電子または正孔のいずれか1種類の電荷キャリアのみで構成されているため、再結合は発生せず、光は放出されません。たとえば、電子のみのデバイスは、ITOを仕事関数の低い金属に置き換えて正孔注入のエネルギー障壁を高めることで得られます。同様に、正孔のみのデバイスは、アルミニウムのみで作られたカソードを使用して作成できますが、エネルギー障壁が大きすぎて効率的な電子注入ができません。[49] [50] [51]
キャリアバランス
高い内部効率、電荷輸送層からの汚染された発光のない発光層の純粋な発光、および高い安定性を得るには、バランスのとれた電荷注入と転送が必要です。電荷のバランスをとる一般的な方法は、電荷輸送層の厚さを最適化することですが、制御が困難です。別の方法は、励起錯体を使用することです。励起錯体は、正孔輸送（p型）側鎖と電子輸送（n型）側鎖の間に形成され、電子正孔対を局在化します。その後、エネルギーは発光団に転送され、高い効率を提供します。励起錯体の使用例としては、赤色ジケトピロロピロールドープ共重合体主鎖にオキサジアゾールとカルバゾール側鎖をグラフトすることが挙げられます。最適化されていないOLEDで外部量子効率と色純度が向上します。[52]
材料技術
小さな分子
有機小分子電界発光材料は、種類が豊富で、精製しやすく、化学修飾が強いなどの利点がある。発光材料を必要に応じて発光させるために、通常、分子構造設計にアルケン結合やベンゼン環などのいくつかの発色団または不飽和基を導入して、材料の共役範囲のサイズを変更し、材料の光物理的特性を変える。一般に、π電子共役系の範囲が大きいほど、材料が放出する光の波長は長くなります。たとえば、ベンゼン環の数が増えると、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、[ 53 ]、テトラセンの蛍光発光ピークは、283 nmから480 nmに徐々に赤方偏移しました。一般的な有機小分子電界発光材料には、アルミニウム錯体、アントラセン、ビフェニルアセチレンアリール誘導体、クマリン誘導体、[54]および様々な蛍光色素が含まれる。小分子を使用した効率的なOLEDは、イーストマンコダックのChing W. Tang らによって最初に開発された。 [55] OLEDという用語は伝統的にこのタイプのデバイスを指すが、SM-OLEDという用語も使用されている。[40]
OLEDで一般的に使用される分子には、有機金属キレート（例えば、Tangらが報告した有機発光デバイスで使用されるAlq 3）、蛍光染料、りん光染料、共役デンドリマーなどがあります。 多くの材料が電荷輸送特性に使用され、例えばトリフェニルアミンとその誘導体は正孔輸送層の材料として一般的に使用されています。[56]蛍光染料は、異なる波長で発光を得るために選択することができ、ペリレン、ルブレン、キナクリドン誘導体などの化合物がよく使用されます。 [57] Alq 3は、緑色発光体、電子輸送材料、および黄色光と赤色発光染料のホストとして使用されています。
小分子電界発光材料は構造的に柔軟なため、真空蒸着法で薄膜を作製することができますが、これはより高価で、大面積デバイスには用途が限られています。しかし、真空コーティングシステムでは、膜の成長からOLEDデバイスの準備までの全プロセスを制御された完全な動作環境で実行できるため、均一で安定した膜が得られ、最終的に高性能OLEDデバイスを製造できます。しかし、小分子有機色素は固体状態で蛍光消光[58]を起こしやすく、発光効率が低下します。ドープされたOLEDデバイスも結晶化しやすく、デバイスの発光と効率が低下します。そのため、小分子電界発光材料をベースにしたデバイスの開発は、製造コストの高さ、安定性の悪さ、寿命の短さなどの欠点によって制限されています。パルスモードで励起されたレーザー色素ドープタンデムSM-OLEDデバイスからのコヒーレント発光が実証されています。[59]放射はほぼ回折限界であり、スペクトル幅は広帯域色素レーザーのスペクトル幅に似ている。[60]
研究者らは、単一のポリマー分子からの発光を報告しており、これは可能な限り最小の有機発光ダイオード（OLED）デバイスである。[61]科学者は、より強力な発光を生み出すために物質を最適化できるようになる。最後に、この研究は、電子的特性と光学的特性を兼ね備えた分子サイズのコンポーネントを作成するための第一歩である。同様のコンポーネントは、分子コンピューターの基礎を形成できる可能性がある。[62]
ポリマー発光ダイオード
ポリマー発光ダイオード (PLED、P-OLED) は、発光ポリマー (LEP) とも呼ばれ、外部電圧に接続すると光を発する電界発光 導電性ポリマーを使用します。これらは、フルスペクトルカラー ディスプレイの薄膜として使用されます。ポリマー OLED は非常に効率的で、生成される光の量に対して比較的少量の電力しか必要としません。
真空蒸着は、ポリマーの薄膜を形成するのに適した方法ではない。ポリマーOLEDフィルムを真空蒸着法で製造すると、鎖要素が切断され、元の光物理的特性が損なわれる。しかし、ポリマーは溶液中で処理することができ、スピンコーティングは薄いポリマーフィルムを堆積させる一般的な方法である。この方法は、熱蒸着法よりも大面積のフィルムを形成するのに適している。真空は必要なく、発光材料は、市販のインクジェット印刷から派生した技術によって基板上に塗布することもできる。 [63] [64]しかし、後続の層を塗布すると既存の層が溶解する傾向があるため、これらの方法では多層構造の形成は困難である。金属カソードは、依然として真空中で熱蒸着によって堆積させる必要がある場合がある。真空蒸着の代替方法は、ラングミュア・ブロジェット膜を堆積させることである。
PLED ディスプレイに使用される一般的なポリマーには、ポリ ( p-フェニレンビニレン)およびポリフルオレンの誘導体があります。ポリマー骨格への側鎖の置換によって、発光色が決定されます[65]また、ポリマーの安定性と溶解性によって性能と加工のしやすさが決まります。[66] 非置換ポリ (p-フェニレンビニレン) (PPV) は通常不溶性ですが、有機溶媒または水に溶解する多くの PPV および関連ポリ (ナフタレンビニレン) (PNV) が、開環メタセシス重合によって製造されています。[67] [68] [69]これらの水溶性ポリマーまたは共役ポリ電解質 (CPE) は、単独で、またはグラフェンなどのナノ粒子と組み合わせて、正孔注入層として使用することもできます。[70]
燐光材料
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リン光有機発光ダイオードは、電気リン光の原理を利用してOLEDの電気エネルギーを非常に効率的に光に変換し、[72] [73]、このようなデバイスの内部量子効率は100％に近づきます。[74] PHOLEDは、シャドウマスクを介して真空蒸着法で蒸着することができます。[75]
典型的には、ポリ（ N-ビニルカルバゾール）などのポリマーがホスト材料として使用され、これに有機金属錯体がドーパントとして添加される。 2004年時点ではIr(mppy) 3 [71]などのイリジウム錯体[73]が研究の焦点であったが、白金[72]などの他の重金属をベースにした錯体も使用されている。
これらの複合体の中心にある重金属原子は、強力なスピン軌道結合を示し、一重項状態と三重項状態の間の系間交差を促進します。これらのリン光材料を使用することで、一重項励起子と三重項励起子の両方が放射的に減衰することができるため、一重項状態のみが発光に寄与する標準的な OLED と比較して、デバイスの内部量子効率が向上します。
固体照明におけるOLEDの応用には、良好なCIE座標（白色発光）で高輝度を達成することが必要である。印刷型OLEDでは、多面体オリゴマーシルセスキオキサン（POSS）などの高分子種とIrなどのリン光種を組み合わせて使用することで、10,000 cd/m 2もの輝度が達成されている。[76]
デバイスアーキテクチャ
構造
ボトムエミッション
ボトムエミッション有機発光ダイオード（BE-OLED）は、初期のAMOLEDディスプレイで使用されていたアーキテクチャです。ガラス基板上に製造された透明なアノードと光沢のある反射カソードを備えています。光は透明なアノード方向から放射されます。すべての光をアノード方向に反射するために、アルミニウムなどの比較的厚い金属カソードが使用されます。アノードには、できるだけ多くの光を放射するために、透明度の高いインジウムスズ酸化物（ITO）が一般的に選択されました。 [77]実際に光を生成する発光層を含む有機薄膜は、ITOアノードと反射金属カソードの間に挟まれます。ボトムエミッション構造の欠点は、光が薄膜トランジスタ（TFT）基板などのピクセル駆動回路を通過する必要があり、光を取り出せる領域が限られ、発光効率が低下することです。
トップエミッション
代替構成は、発光モードを切り替えることである。反射アノードと透明（または多くの場合は半透明）カソードを使用して、光がカソード側から放出されるようにし、この構成はトップエミッションOLED（TE-OLED）と呼ばれています。アノードが透明導電性ITOで作られているBEOLEDとは異なり、この場合はカソードが透明である必要があり、ITO材料はスパッタリングプロセスによる損傷の問題のため、カソードには理想的な選択ではありません。[78]したがって、純粋なAgやMg：Ag合金などの金属薄膜は、その高い透過率と高い導電性のために半透明カソードに使用されます。[79]ボトムエミッションとは対照的に、トップエミッションでは、複数の駆動回路層を通過する必要なく、光は反対側から取り出されます。したがって、生成された光をより効率的に取り出すことができます。
改善点
重水素
赤色光、緑色光、青色光、白色光のOLED発光材料層およびOLEDディスプレイ内の近くの他の層において、水素の代わりに重水素、すなわち重水素化化合物を使用すると、明るさを最大30％向上させることができます。これは、これらの材料の電流処理能力と寿命を改善することによって達成されます。[80] [81] [82] [83]
マイクロレンズアレイ（MLA）
OLED発光材料からの光が通過する透明層にレンズのような形のくぼみを作ることで、散乱光の量を減らして光を前方に向け、明るさを向上させる。[84] [85] [86] [87] [88]
マイクロキャビティ理論
光波が同じ媒体に沿って移動中に出会うと、波の干渉が発生します。この干渉は建設的または破壊的になる可能性があります。同じ周波数の複数の波を合計して、より高い振幅の波にすることが望ましい場合があります。
TEOLEDでは両方の電極が反射性であるため、ダイオード内で光の反射が発生し、BEOLEDよりも複雑な干渉が発生します。2ビーム干渉に加えて、2つの電極間には多重共振干渉が存在します。TEOLEDの構造は、2つの反射電極に相当する2つの平行ミラーを含むファブリペロー共振器またはレーザー共振器の構造に似ているため、 [89]この効果はTEOLEDで特に強力です。この2ビーム干渉とファブリペロー干渉は、OLEDの出力スペクトル強度を決定する主な要因です。この光学効果は「マイクロキャビティ効果」と呼ばれます。
OLEDの場合、これはTEOLEDのキャビティを特別に設計して、消費電力を増やすことなく、狭い波長帯域で光出力の強度と色純度を高めることができることを意味します。TEOLEDではマイクロキャビティ効果が一般的に発生し、この効果をいつどのように抑制または利用するかがデバイス設計に不可欠です。建設的干渉の条件に一致させるために、特定の色の共鳴波長に応じて異なる層厚が適用されます。厚さの条件は、青色光（460 nm）、緑色光（530 nm）、および赤色光（610 nm）のカラーLEDのピーク共鳴発光波長に応じて注意深く設計およびエンジニアリングされています。この技術により、OLEDの発光効率が大幅に向上し、色純度が高いため、 より広い色域を実現できます。
カラーフィルター
「白色+カラーフィルター方式」はWOLEDとも呼ばれ、[90]異なるカラーフィルターを使用して同じ白色光LEDから赤、緑、青の発光が得られます。[91]この方法では、OLED材料が白色光を生成し、それをフィルターにかけて目的のRGBカラーを取得します。 この方法では、3つの異なる有機発光材料を堆積する必要がなくなり、白色光を生成するために1種類のOLED材料のみが使用されます。 また、青色ピクセルと赤色および緑色ピクセルの劣化率の不均一さも解消されました。 この方法の欠点は、色純度とコントラストが低いことです。 また、フィルターが発光光のほとんどを吸収するため、明るさの低下を補うために背景の白色光を比較的強くする必要があり、そのためこのようなディスプレイの消費電力が高くなる可能性があります。
カラーフィルターは、ボトムエミッション型およびトップエミッション型のOLEDにも実装できます。半透明カソードの後に、対応するRGBカラーフィルターを追加することで、さらに純粋な光の波長を得ることができます。カラーフィルター付きトップエミッション型OLEDでマイクロキャビティを使用すると、入射する周囲光の反射が低減されるため、コントラスト比の向上にも貢献します。[92]従来のパネルでは、パネル表面に円偏光子が取り付けられていました。これは周囲光の反射を防ぐために設けられていましたが、光出力も低下させました。この偏光層をカラーフィルターに置き換えることで、光の強度は影響を受けず、基本的にすべての周囲反射光をカットできるため、ディスプレイパネルのコントラストが向上します。これにより、より明るいピクセルの必要性が減り、消費電力を削減できる可能性があります。
その他のアーキテクチャ
透明OLED
透明OLEDは、デバイスの両側に透明または半透明の接点を使用して、上面発光と下面発光（透明）の両方が可能なディスプレイを作成します。TOLEDはコントラストを大幅に改善できるため、明るい日光の下でもディスプレイが見やすくなります。[93]この技術は、ヘッドアップディスプレイ、スマートウィンドウ、または拡張現実アプリケーション に使用できます。
傾斜ヘテロ接合
段階的ヘテロ接合OLEDは、電子輸送化学物質に対する電子正孔の比率を徐々に減少させます。[43]これにより、既存のOLEDの量子効率がほぼ2倍になります。
積層型OLED
スタック型OLEDは、赤、緑、青のサブピクセルを隣り合うのではなく、互いに重ねてスタックするピクセルアーキテクチャを使用しているため、色域と色深度が大幅に増加し、[94]ピクセルギャップが大幅に減少します。RGB（およびRGBW）ピクセルを隣り合わせてマッピングする他のディスプレイ技術では、潜在的な解像度が低下する傾向があります。
タンデムOLEDは類似しているが、同じ色の2つの層が積み重ねられている。これにより、OLEDディスプレイの明るさが向上します。[95] [96]
反転型OLED
従来のOLEDでは陽極が基板上に配置されるのに対し、反転型OLEDでは、特にAMOLEDディスプレイの製造に有用な低コストのアモルファスシリコンTFTバックプレーン用に、nチャネルTFTのドレイン端に接続できる底部陰極が使用されます。[97]
すべてのOLEDディスプレイ（パッシブマトリックスおよびアクティブマトリックス）はドライバICを使用しており、多くの場合、異方性導電フィルムを使用したチップオンガラス（COG）技術を使用して実装されます。[98]
カラーパターン化技術
シャドウマスクパターン形成法
有機発光ディスプレイに最も一般的に使用されるパターニング方法は、フィルム堆積中のシャドウマスキングであり、[99]「RGBサイドバイサイド」方式または「RGBピクセル化」方式とも呼ばれます。ニッケル合金などの低熱膨張材料で作られた複数の開口部を備えた金属シートを加熱された蒸発源と基板の間に配置し、蒸発源からの有機または無機材料がマスクされるか、シートによってほとんどの場所で基板に到達するのをブロックされるため、材料は基板上の目的の場所にのみ堆積され、残りはシート上に堆積されて残ります。スマートフォン用のほぼすべての小型OLEDディスプレイは、この方法を使用して製造されています。このプロセスでは、古いCRTシャドウマスクを彷彿とさせる光化学加工によって作られたファインメタルマスク（FMM）が使用されます。マスクのドット密度によって、完成したディスプレイのピクセル密度が決まります。[100]ファインハイブリッドマスク（FHM）はFFMよりも軽量で、マスク自身の重さによるたわみを減らし、電気形成プロセスを使用して製造されます。[101] [102]この方法では、10 −5 Pa の高真空中で熱的方法を使用して電界発光材料を300 °Cで加熱する必要があります。酸素計は、粉末状の電界発光材料を損傷する（酸化により）可能性があるため、酸素がチャンバー内に入らないようにします。マスクは、使用する前に毎回マザー基板に合わせて調整され、基板の真下に配置されます。基板とマスクアセンブリは、堆積チャンバーの上部に配置されます。[103]その後、銀とアルミニウムの粉末を電子ビームを使用して1000 °Cにさらすことで、電極層が堆積されます。[104]シャドウマスクにより、最大2,250 DPI（890ドット/ cm）の高ピクセル密度が可能になります。高ピクセル密度は、バーチャルリアリティヘッドセットに必要です。[105]
ホワイト+カラーフィルター方式（WOLED）
シャドウマスクパターニング法は、最初のOLED製造から使用されている成熟した技術ですが、マスクと基板の接触によるダークスポットの形成や、シャドウマスクの変形によるパターンのずれなど、多くの問題を引き起こします。このような欠陥形成は、ディスプレイサイズが小さい場合は些細なこととみなすことができますが、大型ディスプレイを製造する場合は深刻な問題を引き起こし、生産歩留まりの大幅な低下をもたらします。このような問題を回避するために、4つのサブピクセルカラーフィルター（白、赤、緑、青）を備えた白色発光デバイスが大型テレビに使用されています。カラーフィルターによる光吸収にもかかわらず、最先端のOLEDテレビは、100％NTSCなどの非常に優れた色再現が可能で、同時に消費電力もほとんどありません。これは、人間の目の感度が高い発光スペクトル、スペクトルの重なりが少ない特殊なカラーフィルター、および色統計を考慮したパフォーマンスチューニングを使用することで実現されます。[106] このアプローチは、「Color-by-white」方式とも呼ばれます。
その他のカラーパターン化アプローチ
OLEDの製造性を高めるために、他にも新しいパターン形成技術が開発されている。パターン形成可能な有機発光デバイスは、光または熱で活性化される電気活性層を使用する。この層には潜在性材料（PEDOT-TMA）が含まれており、活性化されると正孔注入層として非常に効率的になる。このプロセスを使用すると、任意のパターンを持つ発光デバイスを準備することができる。[107]
色のパターン化は、放射線誘起昇華転写（RIST）などのレーザーによって実現できます。[108]
有機蒸気ジェット印刷 (OVJP) では、アルゴンや窒素などの不活性キャリアガスを使用して、蒸発した有機分子を輸送します (有機気相堆積の場合と同様)。ガスは、基板が移動するときに、基板に近いマイクロメートルサイズのノズルまたはノズルアレイから排出されます。これにより、溶剤を使用せずに任意の多層パターンを印刷できます。
インクジェット材料堆積と同様に、インクジェットエッチング (IJE) は、基板材料を選択的に溶解し、構造またはパターンを誘発するように設計された正確な量の溶媒を基板上に堆積します。 OLED のポリマー層のインクジェットエッチングは、全体的な出力結合効率を高めるために使用できます。 OLED では、OLED の発光層から生成された光は、部分的にデバイスの外に透過され、部分的に全反射(TIR) によってデバイス内に閉じ込められます。 この閉じ込められた光は、デバイスの内部に沿って導波され、エッジに到達して吸収または放出によって消散します。 インクジェットエッチングを使用すると、OLED 構造のポリマー層を選択的に変更して、全体的な TIR を減らし、OLED の出力結合効率を高めることができます。 エッチングされていないポリマー層と比較して、IJE プロセスからの OLED 構造の構造化されたポリマー層は、OLED デバイスの TIR を減らすのに役立ちます。 IJE溶媒は、非酸性であり、水の沸点以下の温度で物質を効果的に溶解する能力があるため、一般的に水ベースではなく有機ベースである。 [109]
転写印刷は、多数の並列 OLED および AMOLED デバイスを効率的に組み立てるための新しい技術です。標準的な金属蒸着、フォトリソグラフィー、エッチングを利用して、一般的にガラスまたはその他のデバイス基板上に位置合わせマークを作成します。薄いポリマー接着層を適用して、粒子や表面欠陥に対する耐性を高めます。マイクロスケールの IC を接着面に転写印刷し、その後焼成して接着層を完全に硬化させます。印刷された IC によって生じるトポグラフィーを考慮して、追加の感光性ポリマー層を基板に適用し、平坦な表面を再び導入します。フォトリソグラフィーとエッチングにより一部のポリマー層が除去され、IC 上の導電性パッドが露出します。その後、アノード層をデバイスのバックプレーンに適用して、下部電極を形成します。OLED 層は、従来の蒸着法でアノード層に適用され、導電性金属電極層で覆われます。2011 年の時点で、転写印刷は最大 500 mm × 400 mm[アップデート]の対象基板に印刷することができました。転写印刷が大型OLED/AMOLEDディスプレイの製造における一般的なプロセスとなるためには、このサイズ制限を拡大する必要がある。[110]
FMMの代わりに従来のフォトリソグラフィー技術を使用した実験的なOLEDディスプレイが実証されており、大きな基板サイズ（基板と同じ大きさのマスクが不要になるため）と良好な歩留まり制御が可能になっている。[111] Visionoxは、OLED発光材料の堆積にフォトリソグラフィーを使用することを発表した。[112]
薄膜トランジスタバックプレーン
テレビのような高解像度ディスプレイでは、ピクセルを正しく駆動するために薄膜トランジスタ（TFT）バックプレーンが必要です。2019年現在、低温多結晶シリコン（LTPS） -TFTは、アモルファスシリコン（a-Si）TFTよりも優れた電流処理能力のため、商用AMOLEDディスプレイに広く使用されています。 [113] LTPS-TFTはディスプレイ内でのパフォーマンスにばらつきがあるため、さまざまな補償回路が報告されています。[114] LTPSに使用されるエキシマレーザーのサイズ制限により、 AMOLEDのサイズは制限されていました。パネルサイズに関連するハードルに対処するために、アモルファスシリコン/微結晶シリコンバックプレーンが大型ディスプレイプロトタイプのデモで報告されています。[115]インジウムガリウム亜鉛酸化物（IGZO）バックプレーンも使用できます。大型OLEDディスプレイでは通常、代わりにAOS（アモルファス酸化物半導体）TFTトランジスタが使用され、酸化物TFTとも呼ばれます[116 ] 。これらは通常IGZOに基づいています。[117]
多くのAMOLEDディスプレイはLTPO TFTトランジスタを使用しています。これらのトランジスタは、低いリフレッシュレートと可変リフレッシュレートでの安定性を提供し、視覚的なアーティファクトを表示しない省電力ディスプレイを可能にします。[118] [119] [120]
利点
OLED の異なる製造プロセスには、 LCD 技術で製造されたフラット パネル ディスプレイに比べていくつかの利点があります。
- 将来的にはコストが下がる
- OLEDは、インクジェットプリンターやスクリーン印刷によって任意の適切な基板に印刷できるため、 [121]理論的にはLCDやプラズマディスプレイよりも製造コストが安くなります。しかし、2018年現在、OLED基板の製造はTFT LCDよりもコストがかかります。[122]有機デバイスのロールツーロール蒸着法では、最小限のコストで毎分数千個のデバイスを大量生産できますが、この技術には問題もあります。複数の層を持つデバイスは、位置合わせ、つまり印刷された異なる層を必要な精度で並べる作業のために製造が困難な場合があります。
- 軽量で柔軟なプラスチック基板
- OLEDディスプレイはフレキシブルなプラスチック基板上に製造できるため、布地や衣類に埋め込まれたロールアップディスプレイなど、他の新しい用途向けのフレキシブル有機発光ダイオードの製造が可能になります。ポリエチレンテレフタレート（PET）[123]などの基板を使用できれば、ディスプレイを安価に製造できます。さらに、プラスチック基板はLCDデバイスで使用されるガラスディスプレイとは異なり、破損しにくいです。フレキシブルOLEDディスプレイは、製造中にガラスパネルに接着されるポリアミドプラスチックフィルム上に作られています。OLEDディスプレイがカプセル化されたら、レーザーリフトオフ（LLO）プロセスでレーザーを使用してプラスチックをガラスから分離します。[124]
- 電力効率
- LCDはバックライトから発せられる光をフィルタリングし、ごくわずかな光だけを透過させます。そのため、真の黒を表示することはできません。しかし、非アクティブなOLED素子は光を発せず電力も消費しないため、真の黒を表示できます。 [125]バックライトをなくすことで、一部の基板が不要になるため、OLEDは軽量化されます。
- 応答時間
- OLED はLCD よりもはるかに高速な応答時間も備えています。応答時間補正技術を使用することで、最新の最速 LCDは最速の色遷移で1 ミリ秒という応答時間を実現し、リフレッシュ周波数は最大 240 Hz まで対応できます。LG によると、OLED の応答時間は LCD より最大 1,000 倍高速で、[126]控えめに見積もっても 10 μs (0.01ミリ秒) 未満であり、理論的には 100 kHz (100,000 Hz)に近いリフレッシュ周波数に対応できます。応答時間が非常に速いため、OLED ディスプレイは CRT のちらつきに似た効果を生み出すストロボ設計も容易で、 LCD と一部の OLED ディスプレイの両方で見られるサンプル アンド ホールド動作を回避してモーション ブラーの知覚を生み出すことができます。[127]
デメリット
寿命
OLEDの最大の技術的問題は、有機材料の寿命が限られていることである。2008年に発表されたOLEDテレビパネルに関するある技術レポートによると、1,000 時間経過後、青色の輝度は12%、赤色は7%、緑色は8%低下することがわかった。[128]特に、当時の青色OLEDは 、フラットパネルディスプレイに使用した場合、元の明るさの半分になるまでの寿命が約14,000時間（1日8時間使用で5年）であった。これは、メーカーやモデルに応じて、明るさが半分になるまで約25,000～40,000時間と評価されているLCD、LED、またはPDP 技術の一般的な寿命よりも短い。OLEDディスプレイの大きな課題の1つは、酸素と水分の侵入によるダークスポットの形成であり、ディスプレイの電源が入っているかどうかに関係なく、時間の経過とともに有機材料が劣化する。[129] [130] [131] LGエレクトロニクスは2016年に、予想寿命が2013年の36,000時間から100,000時間に伸びたと報告した。[132] 米国エネルギー省の論文によると、OLED照明製品の予想寿命は明るさが増すにつれて短くなり、25%の明るさで40,000時間、100%の明るさで10,000時間になるとのことだ。[133] [134] LCDと比較すると、OLEDは画面の焼き付きや明るさの低下 がより起こりやすい可能性がある。
劣化
劣化は、非放射性再結合中心と発光消光物質が発光領域に蓄積することで発生します。半導体の化学分解は、次の 4 つの段階で起こると言われています。
2007年には、緑色OLEDでは400 cd/m 2の輝度を198,000時間以上、青色OLEDでは62,000時間維持できる実験的なOLEDが開発されました。[136] 2012年には、初期輝度1,000 cd/m 2で、初期輝度の半分までのOLEDの寿命が、赤色で900,000時間、黄色で1,450,000時間、緑色で400,000時間に改善されました。[137] OLEDの発光電界発光材料は酸素と湿気に敏感であるため、OLEDディスプレイの寿命を延ばすには適切なカプセル化が重要です。湿気や酸素にさらされると、OLEDの電界発光材料は酸化されて劣化し、黒い斑点が発生し、発光領域が減少または縮小して、光出力が低下します。この低下はピクセルごとに発生する可能性があります。これにより、電極層の剥離が発生し、最終的にはパネルが完全に故障する可能性があります。
劣化は、酸素にさらされたときよりも湿気にさらされたときの方が3桁速く起こります。 カプセル化は、乾燥剤入りのエポキシ接着剤を塗布するか[138]、エポキシ接着剤と乾燥剤でガラスシートをラミネートして[139]、真空脱ガスするか、有機層と無機層を交互に重ねた多層コーティングである薄膜カプセル化 (TFE) [140]を使用することによって行うことができます。 有機層はインクジェット印刷を使用して塗布され、無機層は原子層堆積(ALD) を使用して塗布されます。 カプセル化プロセスは、窒素環境下で紫外線硬化型LOCA接着剤を使用して実行され、電界発光および電極材料の堆積プロセスは高真空下で実行されます。 カプセル化および材料堆積プロセスは、薄膜トランジスタを適用した後、単一のマシンで実行されます。 トランジスタは、LCDと同じプロセスで適用されます。 電界発光材料もインクジェット印刷を使用して塗布できます。[141] [142] [143] [104] [144] [138] [145]
色のバランス
青色光を生成するために使用されるOLED材料は、他の色を生成するために使用される材料よりもはるかに急速に劣化します。言い換えると、青色光の出力は他の色の光に比べて低下します。この差分色出力の変動により、ディスプレイの色バランスが変わり、全体的な輝度の均一な低下よりもはるかに目立ちます。 [146]これは色バランスを調整することで部分的に回避できますが、高度な制御回路と知識のあるユーザーからの入力が必要になる場合があります。ただし、より一般的には、メーカーはR、G、Bサブピクセルのサイズを最適化して、サブピクセルを流れる電流密度を減らし、最大輝度での寿命を均等にします。たとえば、青のサブピクセルは緑のサブピクセルより75%大きくなることがあります。赤のサブピクセルは緑のサブピクセルより10%大きくなることがあります。
青色OLEDの効率
青色OLEDの効率と寿命の改善は、LCD技術の代替としてのOLEDの成功に不可欠です。高い外部量子効率とより深い青色を備えた青色OLEDの開発に多大な研究が費やされてきました。[147] [148] [149]
2012年以来、研究は九州大学OPERAとカリフォルニア大学サンタバーバラ校CPOSで発見された熱活性化遅延蛍光（TADF）を示す有機材料に焦点を当てています。TADFは、安定した高効率の溶液処理可能（つまり、有機材料を溶液中で層状にしてより薄い層を生成する）青色発光体を可能にし、内部量子効率は100％に達します。[150] 2017年の初めに、[54]酸素ベースの完全に架橋されたホウ素型電子受容体に基づくTADF材料は、その特性において大きな進歩を遂げました。青色と緑色の光に対するTADF-OLEDの外部量子効率は、薄い全幅半値幅と高い色純度で38％を達成しました。2022年に、Hanら[151]は新しいDA型発光材料TDBA-Czを合成し、Mengらによって合成されたm-AC-DBNAを使用しました。酸素架橋トリフェニルホウ素電子受容体ユニット上の電子供与体としてのカルバゾールユニットの置換部位が分子全体の光物理的特性に与える影響を調べるための対照として、2つのカルバゾールユニットを酸素架橋トリフェニルホウ素電子受容体ユニットの同じベンゼン環に導入すると、放射遷移中の分子の配座緩和を効果的に抑制でき、狭帯域青色発光が得られることがわかりました。さらに、TDBA-Czは、非ドープTADF-OLEDで45 nmまでのFWHMと最大21.4%のEQEの両方を達成した最初の青色材料として報告されています。
青色TADFエミッターは2020年までに市場投入されると予想されており[152] [153]、リン光カラーフィルターを備えたWOLEDディスプレイや、インク印刷QDカラーフィルターを備えた青色OLEDディスプレイに使用される予定です。
水害
水はディスプレイの有機材料を瞬時に損傷する可能性がある。そのため、実際の製造にはシーリングプロセスの改善が重要である。特に水による損傷は、よりフレキシブルなディスプレイの寿命を制限する可能性がある。[154]
屋外パフォーマンス
発光ディスプレイ技術である OLED は、ある程度反射するほとんどの LCD とは異なり、電気を光に変換することに完全に依存しています。電子ペーパーは、約 33% の周囲光反射率で効率をリードしており、内部光源なしでディスプレイを使用できます。OLED の金属カソードは鏡のように機能し、反射率は 80% に近づくため、屋外などの明るい周囲光では読みにくくなります。ただし、円偏光子と反射防止コーティングを適切に適用すると、拡散反射率を 0.1% 未満に下げることができます。10,000 fcの入射光 (屋外照明をシミュレートするための一般的なテスト条件) では、約 5:1 の明所コントラストが得られます。ただし、OLED 技術の進歩により、明るい日光の下では OLED は LCD よりも実際に優れたものになります。たとえば、 Galaxy S5のAMOLEDディスプレイは、電力使用量、明るさ、反射率の点で市場のすべての LCD ディスプレイよりも優れていることがわかりました。[155]
消費電力
OLEDは主に黒の画像を表示する場合、LCDの約40％の電力を消費しますが、ほとんどの画像ではLCDの60～80％の電力を消費します。ただし、OLEDは、文書やWebサイトなど、白い背景の画像を表示する場合に300％以上の電力を消費する可能性があります。[156]これにより、白い背景を使用するとモバイルデバイスのバッテリー寿命が短くなる可能性があります。
画面のちらつき
多くのOLEDは、色/明るさのグラデーションを表示するためにパルス幅変調を使用しています。たとえば、グレーを表示するように指示されたピクセルは急速に点滅し、微妙なストロボ効果を生み出します。[157]明るさを下げる別の方法は、ディスプレイへの電力を減らすことです。これにより、画面のちらつきがなくなり、明るさが低下するにつれて悪化する色のバランスが損なわれます。ただし、PWMグラデーションの使用は目の健康にさらに有害である可能性があります。[158]
製造業者と商業的利用
ほぼすべてのOLEDメーカーは、一握りの企業によってのみ製造されている材料堆積装置に依存しており、[159]最も有名なのはキヤノン株式会社の子会社であるキヤノントッキですが、アルバックやサニックシステムも有名です。[160] [161] キヤノントッキは、100メートル（330フィート）の大きさで知られる巨大なOLED製造真空マシンをほぼ独占していると報告されています。[162]アップルは、 2017年にリリースされたiPhoneに独自のOLEDディスプレイを導入する試みにおいて、キヤノントッキに完全に依存していました。 [163] OLEDに必要な電界発光材料も、メルク、ユニバーサルディスプレイコーポレーション、LG化学など、一握りの企業によって製造されています。[164]これらの材料を塗布する機械は、5〜6日間連続して稼働でき、マザー基板を5分で処理できます。[165]
OLEDディスプレイは、主にサムスンディスプレイとLGディスプレイによって製造されています。[166 ] OLED技術は、携帯電話やポータブルデジタルメディアプレーヤー、カーラジオ、デジタルカメラなどのディスプレイや照明などの商用アプリケーションに使用されています。[167]このようなポータブルディスプレイアプリケーションでは、日光の下でも読みやすいOLEDの高い光出力と低消費電力が有利です。ポータブルディスプレイも断続的に使用されるため、有機ディスプレイの寿命が短いことはそれほど問題になりません。OLEDのユニークな特性を利用したフレキシブルで巻き取り可能なディスプレイのプロトタイプが作られています。フレキシブルな看板や照明への応用も開発されています。[168] OLED照明は、高品質の照明、より拡散した光源、パネルの形状など、LED照明に比べていくつかの利点があります。[167] フィリップスライティングは「ルミブレード」というブランド名でOLED照明のサンプルをオンラインで販売しており[169]、ドイツのドレスデンに拠点を置くノバレッドAGは2011年9月に「ビクトリー」と呼ばれるOLEDデスクランプのラインを発表しました。[170]
ノキアはN85とN86 8MPを含むOLED携帯電話を発表しました。どちらもAMOLEDディスプレイを備えています。OLEDは、ほとんどのモトローラとサムスンのカラー携帯電話、および一部のHTC、LG、ソニーエリクソンモデルにも使用されています。[171] OLED技術は、Creative ZEN V、iriver clix、Zune HD、ソニーウォークマンXシリーズなどのデジタルメディアプレーヤーにも使用されています。
GoogleとHTCのNexus Oneスマートフォンには、HTCのDesireやLegendスマートフォンと同様にAMOLEDスクリーンが搭載されている。しかし、Samsung製ディスプレイの供給不足により、一部のHTCモデルでは将来的にソニーのSLCDディスプレイが使用される予定である[172]。一方、GoogleとSamsungのNexus Sスマートフォンでは、一部の国では代わりに「スーパークリアLCD」が使用される予定である[173] 。
OLEDディスプレイは、Fossil（JR-9465）とDiesel（DZ-7086）の時計に使用されていました。OLEDパネルの他のメーカーには、Anwell Technologies Limited（香港）、[174] AU Optronics（台湾）、[175] Chimei Innolux Corporation（台湾）、[176] LG（韓国）、[177]などがあります。[178]
デュポンは2010年5月のプレスリリースで、新しい印刷技術により50インチのOLEDテレビを2分で製造できると述べた。これが製造面で拡大できれば、OLEDテレビの総コストは大幅に削減されるだろう。デュポンはまた、この安価な技術で作られたOLEDテレビは、通常の8時間使用で最大15年間使用できると述べている。[179] [180]
OLEDの使用は、ユニバーサルディスプレイコーポレーション、イーストマンコダック、デュポン、ゼネラルエレクトリック、ロイヤルフィリップスエレクトロニクス、多数の大学などが保有する特許の対象となる可能性があります。 [181] 2008年までに、OLEDに関連する数千の特許が大企業と小規模なテクノロジー企業から取得されました。[40]
フレキシブルOLEDディスプレイは、 Galaxy S7 Edgeなどの曲面ディスプレイの製造にメーカーによって使用されていますが、ユーザーが曲げることができるデバイスには使用されていませんでした。[182]サムスンは2016年にロールアウトディスプレイを実演しました。 [183]
サムスンの折りたたみ式スマートフォン
2018年10月31日、中国の電子機器メーカーRoyoleは、フレキシブルOLEDディスプレイを搭載した世界初の折りたたみ式スクリーン携帯電話を発表しました。 [184] 2019年2月20日、サムスンは、過半数所有子会社であるサムスンディスプレイの折りたたみ式OLEDディスプレイを搭載したSamsung Galaxy Foldを発表しました。 [185] 2019年2月25日のMWC 2019で、 HuaweiはBOEの折りたたみ式OLEDディスプレイを搭載したHuawei Mate Xを発表しました。[186] [187]
2010年代には、駆動回路をディスプレイの境界からディスプレイのピクセル間に移動し、狭いベゼルを可能にするトラッキングゲートラインインピクセル（TGP）も広く採用されました。 [188]
ドイツのスタートアップ企業Inuruは2023年に、包装やファッション用途向けに印刷による低コストのOLEDを製造すると発表した。[189]
ファッション
OLED を組み込んだ繊維はファッション界の革新であり、照明を統合して不活性な物体をまったく新しいレベルのファッションにもたらす方法を提示しています。繊維の快適性と低コストの特性と、OLED の照明と低エネルギー消費の特性を組み合わせることが期待されています。この照明付き衣服のシナリオは非常に妥当ですが、課題はまだ残っています。いくつかの問題には、OLED の寿命、柔軟な箔基板の剛性、フォトニック繊維のような生地を作るための研究不足などがあります。[190]
自動車
OLED を採用している自動車メーカーはまだ少なく、市場のハイエンドに限られています。たとえば、2010 年型レクサス RX は、薄膜トランジスタ (TFT-LCD) ディスプレイではなく OLED ディスプレイを搭載しています。
日本のメーカーであるパイオニア電子株式会社は、モノクロOLEDディスプレイを搭載した最初のカーステレオを生産し、これは世界初のOLED製品でもありました。[191]アストンマーティンDB9は、世界初の車載用OLEDディスプレイを採用しました。[192]これは矢崎総業が製造しました。[193]続いて、2004年のジープグランドチェロキーとシボレーコルベットC6が採用しました。[194] 2015年のヒュンダイソナタとキアソウルEVは、3.5インチの白色PMOLEDディスプレイを使用しています。
企業固有のアプリケーション
サムスン
2004年までに、韓国最大のコングロマリットの子会社で、かつてはサムスンとNECの合弁会社であったサムスンディスプレイは、世界最大のOLEDメーカーとなり、世界で製造されるOLEDディスプレイの40％を生産し、[195] 2010年現在、世界のAMOLED市場で98％のシェアを占めています。[196]同社はOLED業界の世界をリードしており、2006年には世界のOLED市場における 総収益4億7500万ドルのうち1億20万ドルを生み出しました。 [197] 2006年現在、同社は600件を超える米国特許と2800件を超える国際特許を保有しており、AMOLED技術特許の最大の所有者となっています。[197]
サムスンSDIは2005年に、当時世界最大の21インチ（53cm）のOLEDテレビを発表しました。[198]このOLEDは、当時最高の解像度である622 万画素を特徴としていました。さらに、同社は低消費電力と高解像度の品質のためにアクティブマトリックスベースの技術を採用しました。これは、2008年1月にサムスンが当時世界最大かつ最薄の31 インチ（78cm ）、4.3mmのOLEDテレビを披露したときに上回りました 。[199]
2008年5月、サムスンは、1,280×768の解像度と無限のコントラスト比を備えた、超薄型12.1 インチ（30 cm）のラップトップOLEDディスプレイのコンセプトを発表しました。 [200]サムスンSDIのモバイルディスプレイマーケティングチームの副社長であるウー・ジョン・リーによると、同社は2010年にはOLEDディスプレイがノートパソコンに使用されると予想していました。[201]
2008年10月、サムスンは世界最薄のOLEDディスプレイを披露した。これは「フラップ可能」で折り曲げ可能な初のディスプレイでもあった。[202]厚さはわずか0.05mm （紙よりも薄い）だが、サムスンのスタッフは「パネルを薄くすることは技術的に可能」だと語っている。[202]この厚さを実現するために、サムスンは通常のガラス基板を使用するOLEDパネルをエッチングした。駆動回路は低温ポリシリコンTFTで形成した。また、低分子有機EL材料も採用した。ディスプレイのピクセル数は480×272。コントラスト比は100,000:1、輝度は200 cd/m 2。色再現範囲はNTSC規格の100%である。
2010年1月のコンシューマーエレクトロニクスショー（CES）で、サムスンは、最大40％の透明度を誇る大型の透明OLEDディスプレイを搭載したラップトップコンピューター[203]と、写真付きIDカードにアニメーションOLEDディスプレイを搭載したデモを行いました。[204]
サムスンの2010年のAMOLEDスマートフォンはSuper AMOLED商標を使用しており、Samsung Wave S8500とSamsung i9000 Galaxy Sは2010年6月に発売されました。2011年1月、サムスンはSuper AMOLED Plusディスプレイを発表しました。これは、従来のSuper AMOLEDディスプレイに比べて、リアルストライプマトリックス（サブピクセルが50％増加）、より薄いフォームファクタ、より明るい画像、18％のエネルギー消費削減など、いくつかの進歩を遂げています。[205]
CES 2012で、サムスンはスーパーOLED技術を採用した初の55インチテレビ画面を発表しました。[206]
2013年1月8日、サムスンはCESで、視聴者に「IMAXのような体験」を提供すると述べているユニークな曲面型4K Ultra S9 OLEDテレビを発表しました。[207]
2013年8月13日、サムスンは55インチの曲面OLEDテレビ（モデルKN55S9C）を米国で8999.99ドルの価格で発売すると発表した。[208]
2013年9月6日、サムスンはジョン・ルイスと共同で55インチの曲面OLEDテレビ（モデルKE55S9C）を英国で発売した。[209]
サムスンは2013年10月に韓国市場でGalaxy Roundスマートフォンを発表した。この端末は、縦軸に沿って湾曲した5.7インチ（14cm）の1080pスクリーンを搭載している。同社は、画面をオフにした状態で端末を平らな面に傾けることで情報を見ることができる「ラウンドインタラクション」という新機能と、ユーザーがホーム画面を切り替えるときに連続した遷移を感じることができるという利点を宣伝している。[210]
サムスンは2022年にOLEDテレビの新シリーズをリリースしたが、これは同社が2013年以来初めてこの技術を採用したものだ。 [211]これらはサムスンディスプレイから供給されたパネルを使用している。以前はLGがテレビ用のOLEDパネルの唯一の製造業者だった。[212]
ソニー
ソニーのCLIÉ PEG-VZ90は2004年に発売され、OLEDスクリーンを搭載した最初のPDAとなった。[213] OLEDスクリーンを搭載した他のソニー製品には、2006年に発売されたMZ-RH1ポータブルミニディスクレコーダー[214]やウォークマンXシリーズ[215]がある。
2007年ラスベガスの コンシューマーエレクトロニクスショー（CES）で、ソニーは11インチ（28 cm）（解像度960×540）と27インチ（69 cm）フルHD解像度1920×1080のOLEDテレビモデルを展示しました。[216]どちらも1,000,000:1のコントラスト比と5 mmの総厚（ベゼルを含む）を主張しました 。 2007年4月、ソニーは市場テストの目的で11インチ（28 cm）OLEDテレビを毎月1000台製造すると発表した。[217] 2007年10月1日、ソニーは11インチ（28 cm）モデルXEL-1が最初の商用OLEDテレビであると発表し[35]、2007年12月に日本で発売されました。[218]
2007年5月、ソニーは厚さわずか0.3ミリメートルの2.5インチ（6.4センチメートル）のフレキシブルOLEDスクリーンのビデオを公開した。[219]ディスプレイ2008展示会では、ソニーは 厚さ0.2ミリメートル、解像度320×200ピクセルの3.5インチ（8.9センチメートル）ディスプレイと、厚さ0.3 ミリメートル、解像度960×540ピクセルの11インチ（28センチメートル）ディスプレイを展示した。これはXEL-1の10分の1の厚さである。[220] [221]
2008年7月、日本の政府機関は、大型で省エネの有機ディスプレイを製造するための主要技術を開発する大手企業の共同プロジェクトに資金を提供すると発表した。このプロジェクトには、ソニーを含む1つの研究所と10の企業が参加している。NEDOは、 このプロジェクトの目的は、2010年代後半に40インチ以上のOLEDディスプレイを量産するための中核技術を開発することだと述べた。 [222]
2008年10月、ソニーはマックスプランク研究所と共同で、硬質LCDやプラズマスクリーンに代わる量産可能な曲げディスプレイの可能性について研究した結果を発表しました。最終的には、曲げられるシースルーディスプレイを積み重ねることで、既存の製品よりもはるかに高いコントラスト比と視野角を持つ3D画像を生成することができます。[223]
ソニーは2010年1月のコンシューマーエレクトロニクスショーで24.5インチ（62cm）のOLED 3Dテレビのプロトタイプを展示した。[224]
2011年1月、ソニーはプレイステーションVita携帯型ゲーム機（PSPの後継機）に5インチのOLEDスクリーンを搭載すると発表した。[225]
2011年2月17日、ソニーは 映画館やハイエンドドラマのポストプロダクション市場をターゲットにした25インチ（63.5cm）OLEDプロフェッショナルリファレンスモニターを発表しました。[226]
2012年6月25日、ソニーとパナソニックは、2013年までに低コストで量産可能なOLEDテレビを製造するための合弁会社を設立すると発表した。 [227]ソニーはCES 2017 で、2008年以来初のOLEDテレビ「A1E」を発表した。2018年にはCES 2018でA8F、マスターシリーズテレビ「A9F」という2つのモデルを発表した。CES 2019では、さらに2つのモデル「A8G」とブラビアシリーズテレビ「A9G」を発表した。その後、CES 2020で、画質の点では実質的にA9Gであるが、低コストのためにいくつかの妥協を加えたA8Hを発表した。同じイベントで、A9Gの48インチバージョンも発表され、これはXEL-1以来の最小のOLEDテレビとなった。[228] [229] [230] [231]
LG
2009年4月9日、LGはコダックのOLED事業を買収し、白色OLED技術を活用し始めた。[232] [233] 2010年時点で、LGエレクトロニクスは15インチ（38 cm）の15EL9500という1つのモデルのOLEDテレビを生産し[234]、2011年3月には31インチ（79 cm）のOLED 3Dテレビを発表していた。[235] 2011年12月26日、LGは「世界最大の55インチ（140 cm）OLEDパネル」を正式に発表し、CES 2012でそれを紹介した。[236] 2012年後半、LGはオーストラリアで55EM9600 OLEDテレビの発売を発表した。[237]
2015年1月、LGディスプレイはユニバーサルディスプレイコーポレーションとOLED材料の供給と特許取得済みのOLEDエミッターの使用権に関する長期契約を締結した。[238]
2022年現在、LGは97インチの世界最大のOLEDテレビを生産している。[239] [240]
三菱
ルミオテックは、2011年1月から、このような明るさと長寿命を備えた量産OLED照明パネルを開発・販売している世界初の企業です。ルミオテックは、三菱重工業、ローム、凸版印刷、三井物産の合弁会社です。2011年6月1日、三菱電機は東京の科学技術館に高さ6メートルのOLED「球体」を設置しました。[241]
レコムグループ
2011年1月6日、ロサンゼルスを拠点とするテクノロジー企業Recom Groupは、ラスベガスで開催されたコンシューマーエレクトロニクスショーで、OLEDの初の小型スクリーン消費者向けアプリケーションを発表しました。これは、 ウェアラブルビデオ名札として使用される2.8インチ（7 cm）のOLEDディスプレイでした。[242] 2012年のコンシューマーエレクトロニクスショーで、Recom Groupは、 標準的な放送局のマイクフラグに3つの2.8インチ（7 cm）OLEDディスプレイを組み込んだ世界初のビデオマイクフラグを発表しました。ビデオマイクフラグにより、ビデオコンテンツと広告を放送局の標準的なマイクフラグに表示できるようになりました。[243]
デル
2016年1月6日、デルはラスベガスで開催されたコンシューマー・エレクトロニクス・ショーでUltrasharp UP3017Q OLEDモニターを発表しました。[244]このモニターは、120Hzのリフレッシュレート、0.1ミリ秒の応答時間、400,000:1のコントラスト比を備えた30インチ（76cm）4K UHD OLEDパネルを搭載すると発表され ました。このモニターは4,999ドルで販売され、わずか数か月後の2016年3月に発売される予定でした。3月末になってもモニターは市場に発売されず、デルは遅延の理由について語りませんでした。報道によると、デルはOLEDパネルの画質、特にモニターを横から見たときに表示される色ずれの量に満足しなかったため、モニターをキャンセルしたとのことです。[245] 2017年4月13日、デルはついにUP3017Q OLEDモニターを3,499ドル（CES 2016での当初の発表価格4,999ドルより1,500ドル安い）で市場にリリースしました。値下げに加えて、モニターは60Hz のリフレッシュレートと1,000,000:1のコントラスト比を特徴としていました。2017年6月現在、このモニターはデルのウェブサイトから購入できなくなりました。
りんご
Appleは2015年に時計にOLEDパネルを使い始め、2016年にはMacBook ProにOLEDタッチバーを導入してノートパソコンに採用した。[246] 2017年、AppleはUniversal Display Corporationからライセンスを受けた独自の最適化されたOLEDディスプレイを搭載した10周年記念iPhone Xの導入を発表した。 [247] iPhone SEシリーズ、iPhone XR、iPhone 11を除き、それ以降に発売されたすべてのiPhoneにもOLEDディスプレイが搭載されている。2024年、Appleはパネルの明るさを上げるために 「タンデムOLED」[248]パネルを搭載した第7世代iPad Proを発表した。
任天堂
任天堂のハイブリッドゲームシステムであるスイッチの第3モデルは、オリジナルモデルのLCDパネルの代わりにOLEDパネルを搭載しています。2021年夏に発表され、2021年10月8日に発売されました。[249]
研究
2014年、三菱ケミカルホールディングスの子会社である三菱ケミカル株式会社（MCC）は、従来のOLEDパネルの2倍となる3万時間の寿命を持つOLEDパネルを開発した。[250]
効率的なOLED材料の探索はシミュレーション手法によって広範囲にサポートされており、実験入力に依存せずに重要な特性を計算で計算することが可能となり[251] [252] 、材料開発のコストが削減されます。
2018年10月18日、サムスンは2018年サムスンOLEDフォーラムで研究ロードマップを発表しました。これには、ディスプレイ上の指紋認証（FoD）、パネル下センサー（UPS）、ディスプレイ上の触覚（HoD）、ディスプレイ上のサウンド（SoD）が含まれていました。[253]
さまざまなベンダーもOLED下のカメラ（ディスプレイ下カメラ）を研究している。IHS Markitによると、HuaweiはBOEと、OppoはChina Star Optoelectronics Technology（CSOT）と、XiaomiはVisionoxと提携している。 [254]
2020年、クイーンズランド工科大学（QUT）の研究者らは、炭素と窒素の供給源である人間の髪の毛を使ってOLEDディスプレイを作成することを提案した。 [255]
参照
- ディスプレイ技術の比較
- 電界放出ディスプレイ – ディスプレイの種類
- フラットパネルディスプレイ – 電子ディスプレイ技術
- フレキシブルエレクトロニクス – フレキシブルプラスチック基板への電子デバイスの実装
- フレキシブル有機発光ダイオード
- 新興技術のリスト
- フラットパネルディスプレイメーカー一覧
- 分子エレクトロニクス – 化学とエレクトロニクスの分野
- 有機発光トランジスタ – 光を発するトランジスタの一種
- プリンテッドエレクトロニクス – さまざまな印刷方法で作成された電子デバイス
- 量子ドットディスプレイ – ディスプレイデバイスの種類
- ロールツーロール処理 - ロール状の布地やその他の材料に直接印刷する、さまざまな印刷方法
- ライトオンダーク配色 – 配色の種類（ダークモード）
- 表面伝導型電子放出ディスプレイ - CRT スクリーン
- LEDディスプレイ
- マイクロLED
- ミニLED
注記
- ^ 物質に吸収されたエネルギーは光子の形で放出されます。通常、これらの光子には最初に吸収されたエネルギーと同じかそれ以下のエネルギーが含まれます。この効果により、LED は光を生成します。
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さらに読む
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- P. Chamorro-Posada、J. Martín-Gil、P. Martín-Ramos、LM Navas-Gracia、Fundamentos de la Tecnología OLED ( OLED テクノロジーの基礎)。スペイン、バリャドリッド大学 (2008)。ISBN 978-84-936644-0-4。著者の許可を得て、次の Web ページからオンラインで入手できます: Fundamentos de la Tecnología OLED
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- Shinar, Joseph (編)、有機発光デバイス：概要。NY : Springer-Verlag (2004)。ISBN 0-387-95343-4。
- Hari Singh Nalwa (編)、発光、ディスプレイ材料およびデバイスハンドブック、第1 ～ 3 巻。American Scientific Publishers、ロサンゼルス (2003)。ISBN 1-58883-010-1。第 1 巻: 有機発光ダイオード
- Hari Singh Nalwa (編)、有機エレクトロニクスおよびフォトニクスハンドブック、第1～3巻。American Scientific Publishers、ロサンゼルス (2008年) 。ISBN 1-58883-095-0。
- ミュレン、クラウス（編）、有機発光デバイス：合成、特性および応用。Wiley - VCH（2006）。ISBN 3-527-31218-8
- Yersin, Hartmut (編)、リン光材料を使用した高効率 OLED。Wiley - VCH (2007)。ISBN 3-527-40594-1
- Kho, Mu-Jeong、Javed, T.、Mark, R.、Maier, E.、および David, C. (2008)「最終報告書: OLED ソリッド ステート照明 - Kodak European Research」MOTI (技術革新管理) プロジェクト、ケンブリッジ大学ジャッジ ビジネス スクールおよび Kodak European Research、2008 年 3 月 4 日に英国ケンブリッジのケンブリッジ サイエンス パークにある Kodak European Research で発表された最終報告書、1 ～ 12 ページ。
- ディスプレイ、New Vision (2018年2月12日)。「熾烈な競争の中で、OLED、LCD、PMOLEDのどれが優れているか」。Medium。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、 OLEDに関連するメディアがあります。
- OLED、LCD、TFT - 構造と違い、利点と欠点 2021年5月25日アーカイブ、Wayback Machine 2020年7月8日
- OLEDとELディスプレイの構造と動作原理
- MIT による OLED テクノロジーの紹介 (ビデオ)
- 1996年から現在までのOLED製品の履歴リスト