2021年06月04日

○BOEが55型QLEDを開発、SIDオンラインとICDTリアル展示で見比べる

2021/06/03  マイナビニュース

著者:北原 洋明=テック・アンド・ビズ

ディスプレーの国際会議である米国「SID/Display Week 2021」が5月17日からオンラインイベントとしてスタートした。新型コロナによる影響で昨年8月に続く2年連続のオンライン開催である。

一方、SIDの北京分会・台北分会・香港分会などが主催する「ICDT2021」が、SID開催からわずか2週間後の5月30日〜6月2日の4日間、中国北京でリアル開催された。ICDTは2017年から毎年中国で開催され、会議のセッション構成や展示会などは本家のSIDに準じている。いわば中国版SIDであり、ディスプレー産業ではすでに世界トップ位置に躍り出た中国内からの発表が主であるが、中国内の多くの大学・研究所・企業からの発表により、本家SIDと同等のセッション構成でディスプレー技術のあらゆる分野をカバーする内容になっている。

この両イベントをオンラインとリアルという視点で見比べる1つの事例として、今回BOEが始めて発表した55型QLED(自発光型量子ドット)を取り上げる。QLEDは、OLED-TVの次を見据えて多くの研究者や企業が開発に取り組んでいる技術である。発光層に量子ドットを使うことでOLEDよりも広色域な表示を実現できるという特徴がある。BOEも2017年のSIDで5型のQLEDを発表して以来、今回55型の大型TVサイズの発表に至った。

今回BOEが発表したQLEDは、55型4K(3840×2160)、色域はBT.2020で90%、コントラスト比100万対1、バックプレーンは酸化物半導体のアクティブ駆動、QD(量子ドット)発光層はインクジェットで形成している。発光層がQDである以外はOLEDと同様に電子とホールを結合させて発光させる積層構造になっている。この技術をSIDシンポジウムで発表すると共に、オンラインのビデオ展示でデモしている。

一方、北京のICDT展示会場では、その実物を展示した。BOEブースの正面に展示され、多くの参観客に取り囲まれていた。

両者は同じ物であるが、2枚の写真を比較していただければ判るように、その印象はまったく異なる。SIDオンラインのビデオ映像では、QLEDの特徴を解説しながら、その表示のすばらしさを強調した内容になっている。一方のICDTリアル展示では、参観者が自身の目で見て感じたものが基本であり、その印象は置かれた実環境に大きく左右される。

オンライン展示ではそのコンテンツの作り方によって得られる印象が大きく左右され、視聴者が得られる情報はコンテンツに盛り込まれた内容に留まる。一方のリアル展示では、参観者が実物を色々な視点で見ることによって多くの隠れた情報を引き出すことが可能になってくる。筆者もアバター参観ではあるが、現地スタッフに指示してさまざまな視点で観察したことで、公表された仕様では判らない内容を掴むことができた。その詳細は別途の機会に譲るとして、オンライン展示とリアル展示の差をしっかり認識していくことが、コロナ後に来るであろう新たなイベント形態のあり方を考える上で重要であることを感じさせられる。

SID国際会議の本来の趣旨である「技術論文発表の場」に関しては、むしろオンラインの方が時間や空間の制限が無く効率よく情報を共有できる。科学技術の内容および学術的な内容は不変的であり、その発表形態がどうであれ中身は変わらない。一方で、ディスプレー製品の様なハードウェアは、見る人や使う人の立場によって、その解釈が大きく変わってくるため、そこにリアル展示会の意義がある。今後は、オンラインとリアルをうまく組み合わせていくことが重要になっていくであろう。

著者プロフィール
北原洋明(きたはら・ひろあき)
テック・アンド・ビズ代表取締役
製造拠点および巨大な市場であるアジア各地の現地での生情報を重視し、電子デバイス関連の情報サービス活動、セミナー・展示会などのイベント開催、日系企業の海外ビジネス展開をサポートしている。
コロナ禍の2020年および2021年も、中国や台湾でリアル開催されている展示会や会議などでのアバター参観やオンライン参加を通して情報の収集を行い、日本にいては判らない世界の動きを日本に届けている。

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2020年12月21日

○韓国KAIST「次世代量子光源のための半導体量子ドット対称性制御技術を開発」

2020年12月21日 コリア・エレクトロニクス

 12月13日、韓国科学技術院(KAIST)物理学科のジョ・ヨンフン教授の研究チームが、LEDに広く使われている窒素化合物半導体を用い、対称性の高い三角形の量子ドット(Quantum Dot)の形成・制御に成功したことを明らかにした。これにより、光子の間に量子もつれを発生させる、次世代量子光源の制御方法が具現化した。

 「量子もつれ(entanglement)」は、粒子が対をなし、お互い相関関係を持つことで、距離に関係なく片方の粒子を測定すると、もう片方の特性が分かる現象である。専門家らは、量子もつれという量子力学的な現象を活用することで、量子通信、量子コンピュータのような、量子情報に必要な技術開発が可能になり、物理分野の新たな研究テーマが開拓されると期待している。

 半導体量子ドットは、任意の時間に光子を1つずつ放出する、個体基盤の量子光放出素子の代表的な例として、活発に研究されている。特に、半導体量子ドットの対称性を制御し、量子ドット内部の微細エネルギー構造を精巧に調節することで、二つの光子を量子もつれ関係にする、偏光量子もつれ光子双放出が理論的に可能であるため、量子通信、量子コンピュータ分野での研究が活発である。

 格子構造を持つ半導体は一般的に、原子を一層ずつ積み上げる薄膜蒸着技術で製作される。この時、発光層を形成するために、格子の大きさが異なる層を形成する必要があり、内部に応力が発生する。この場合、発光層の持つ応力をエネルギーとして、量子ドットが無作為的に形成されるため、量子ドットの大きさの均一性と対称性が低下し、根本的に、量子ドットの位置と模様を制御できなくなる。そのため、量子もつれ光子双放出素子を製作するためには、製作段階で位置と対称性を制御できる技術が必要となる。

 青・緑LEDによく使われている窒素化合物半導体は、常温でも量子的な特性を維持することが可能であり、常温で安定的に具現できる量子光源素子の候補物質として注目を集めている。しかし、この物質系は、量子ドットの対称性が崩れると、量子もつれの特性を簡単に失うため、高精度の対称性制御技術の確保なしでは、具現が難しいという限界があった。

 ジョ・ヨンフン教授の研究チームは、量子ドットの位置と対称性を高精度で制御するために、三角形のナノ配列パターンを持つ基板の上に、三角ピラミッド型の窒素化合物半導体ナノ構造を製作した。その後、量子ドットを形成する段階で、ナノピラミッドの頂点の幾何学的形態を調節し、熱力学的安定性で形成方式を自動で調節する、自己制限的成長メカニズムを適用した。

 その結果、六角形結晶構造を持つ窒素化合物半導体から一般的に表れる、六角対称性の非均一な量子ドットではなく、三角対称性を持つ高品位量子ドットを具現することができ、窒素化合物半導体量子ドットの対称性を高精度で制御することに、世界で初めて成功した。

 研究チームは、制作されたナノ構造体の発光を分析するために、数ナノメートル単位の空間分解能を持つ電子顕微鏡を用い、発光を測定した。測定により、三角ピラミッドの頂点に量子ドットが安定的に形成されたことが確認された。また、時間による光子間の相関関係測定で、量子光の放出を観測した。さらに、形成された量子ドットの非対称性の程度が測定できる、量子光の偏光度と微細構造分離程度を測定し、高い対称性を持つ三角量子ドットが形成されたことを実験により確認し、理論的計算結果と比較することで、測定結果が妥当であることを立証した。

 この研究は、窒素化合物半導体量子ドットの非対称性と高い偏光度を利用し、常温単一光子放出器の製作に集中していた、既存の方法から脱却し、量子ドットの対称性を精密に調節することで、偏光量子もつれ光子双放出器としての応用可能性を示した。また、汎用半導体薄膜蒸着装備と、微細パターン技術を利用したため、産業的側面においても、高い拡張性を持っている。

 研究を主導したジョ・ヨンフン教授は、「半導体量子ドットを製作する過程で発生する量子ドットの非対称性を効果的に制御し、量子ドット内部の微細エネルギー構造を精巧に調節できることを示した結果」と述べ、「常温でも動作が可能な窒素化合物半導体量子ドットを利用し、偏光量子もつれ光子双放出素子のような、次世代量子光源の開発に活用できるはず」と説明した。

 KAIST物理学科のヨ・ファンソプ博士が第一著者として参加し、サムスン未来技術育成事業などの支援で遂行されたこの研究は、12月9日、ナノ分野の国際ジャーナル、Nano Lettersに掲載された。(論文題目: Control of 3-fold symmetric shape of group III-nitride quantum dots: Suppression of fine structure splitting)
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2018年12月14日

量子ドットは次世代ディスプレイ向き、材料開発も進む

2018年12月11日  [村尾麻悠子,EE Times Japan]

 NSマテリアルズは、「第28回 液晶・有機EL・センサ技術展(ファインテック ジャパン)」(2018年12月5〜7日、幕張メッセ)で、「量子ドットデバイスの現状と展望」と題した技術セミナーに登壇した。NSマテリアルズは、産業技術総合研究所から、精密化学合成などの技術移転によって2006年に設立されたハイテクスタートアップで、福岡県筑紫野市に本拠地を構える。セミナーに登壇したNSマテリアルズの執行役員 CTO(最高技術責任者)を務める宮永昭治氏によれば、現在は量子ドットに的を絞って合成を行っているという。

 量子ドット(QD)は、自在な発光波長を持っていることが最大の特長だ。例えば、粒径8nmの量子ドットに青を吸収して緑を発光させたり、12nmの量子ドットに青を吸収して赤を発光させたりといった具合だ。「粒径だけ制御すれば、全ての色を生成できる」と宮永氏は語る。さらに、量子ドットは発光効率が高く、スペクトル半値幅が狭い、つまり色純度が高いことも特長である。

 量子ドットのアプリケーションとして現在注目されているのが、次世代ディスプレイである。「社会的背景として、現場の臨場感や実物かんの再現を目指した次世代高精細ディスプレイが求められている。4K、8Kの他、ネットショッピング、ゲーム、VR(仮想現実)/AR(拡張現実)、医療など、さまざまな分野で色再現性が高く、高画質のものが必要とされている」(宮永氏)

 ディスプレイの画質を決める主な要素は、解像度、ビット深度、フレームレート、色域、輝度などがあるが、いかに特性のよいRGBの光を出力できるかが鍵となる。

 宮永氏は、「スペクトル半値幅が狭く、発光効率が高く、蛍光寿命が短い(残像が残らない)。これを実現できるのが量子ドットだ」と述べ、量子ドットがディスプレイ向けとして適していることを強調した。「例えば、スペクトル半値幅には、材料によって大きな差がある。半値幅が狭いほど色純度が高いが、白色LEDは130nm、有機蛍光体は50〜150nm、量子ドットは20〜30nmである。白色LEDや有機蛍光体に比べて圧倒的に狭いことが分かる」(同氏)

 現在、量子ドットをディスプレイに使う場合、LCD(液晶ディスプレイ)のバックライトに用いるというのが一般的だ。宮永氏は次の開発テーマとして、1)LCDのカラーフィルターとして量子ドットを使う、2)量子ドットを採用したLEDバックライトを用いる(QLED)、3)マイクロLEDの上に量子ドットを搭載する(QD-LED)、という3つを挙げた。宮永氏によれば、特に3つ目のQD-LEDに対する要求が高いという。「QD-LEDの実用化が最も早いかもしれない」(同氏)

 宮永氏は、「バックライト用として開発したときには、量子ドットで最も重要なのは、ナノ粒子の分散技術だった。だが、カラーフィルターの代わりや、有機ELの代わりといった場合は、ナノ粒子を積層化したり、高濃度化したりという技術の方が、分散技術よりも重要になる」と述べ、研究開発で注力する方向が変わる可能性があることを示唆した。

照明や光通信への応用も
 量子ドットは、ディスプレイ以外にも応用が検討されている。代表的なアプリケーションが照明だ。「量子ドットなら、粒径と吸収させる波長によって、さまざまな照明色を生成できる。それによって、優れた演色性を実現できるようになる。ここが最大の差異化ポイントになるだろう。大面積で安価に照明を製造できることも利点だ。数千円で実現可能な製品も登場するだろう。また、無機材料なので信頼性も高い」(宮永氏)

 最も早く商品化が期待されているのは、植物工場や、農産物向け照明だ。「好きな色を作れるので、作物の成長促進、抑制ができる他、栄養素を増加させることも可能になるだろう」(宮永氏)

 もう一つが光通信である。量子ドットをナノ光ファイバーの中で1個ずつ操作する技術を用いたもので、量子暗号通信の実現を目指し、電気通信大学の教授である白田耕藏氏と共同研究を行っているという。

量子ドットの課題は?
 宮永氏は、量子ドットの課題として、量子ドット材料を挙げる。現在、特性のよい量子ドットは、カドミウムベースであることが多いという。「RoHS規制を考慮すると、カドミウムは使いたくない。インジウムベースの量子ドットもあるが、こちらは特性があまりよくない。そこで、われわれはRoHS規制物質フリーの新しい量子ドットを開発中だ。現在、それなりによい発光特性も得られている」(宮永氏)
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2018年08月27日

TV向け第8世代QD-OLEDへの投資額は?

〇2018年7月27日 UBIリサーチ

UBI Researchは7月に発行し、分析工房から税別価格で34万円で販売している『AMOLED製造・検査装置産業レポート』では、Samsung Displayが開発を始めたQD-OLEDへの投資額がどれくらいであるかを分析している。

Samsung Displayが目指しているQD-OLEDは、青色OLEDから放出される光が量子ドット(Quantum Dot、QD)材料を通って緑色と赤色に分離され、RGBの3色を実現する方式で製造される。QD材料を通り抜けた光は、再びカラーフィルターを通り、さらに豊かな色を表現できるようになる。

このようなQD-OLEDの製造方式は、LG DisplayのWRGB OLEDと似ている部分が多い。まず、TFTは2社ともにOxide TFTを使用している。WRGB OLEDは青色が2回塗布され、その間に赤色と緑色が蒸着される。それに比べ、QD-OLEDは青色材料のみ2回蒸着して製造される。蒸着用マスクは、両方ともオープンマスク(Open Mask)を使用する。



QD-OLEDとWRGB OLEDのカラーフィルターの製造費は同様であると考えられるが、QD-OLEDの場合、QD材料をコーティングする装置を追加導入しなければならない。

本レポートによると、モジュールとセル、封止、蒸着装置は、同じ装置が使用される可能性があり、投資額もほぼ同様になると予想される。しかし、WRGB OLEDは背面発光方式のため、TFTを含めたバックプレーンを製造する際に同時に形成される反面、QD-OLEDは前面発光方式のため、上部のガラス基板にカラーフィルターを個別に形成し、その上に再度QD層をパターニングして製造する。その結果、QD-OLEDにはWRGB OLEDより高い投資額が必要となる。

第8世代の26Kを基準に投資額を計算してみると、QD-OLEDは11億米ドルで、10億7,000万米ドルのWRGB OLEDに比べて1.03倍高くなることが見込まれる。一方、JOLEDが事業化を進めている印刷方式OLEDの製造に必要な投資額は8億8,000万米ドルで、QD-OLEDの80%程度になるとみられる。
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2018年08月18日

サムスンディスプレイ、「OLEDと量子ドットのコア技術の権威」のソウル大イ・チャンヒ教授を副社長に迎え入れる

〇2018.08.15 ET News

サムスンディスプレイがディスプレイ材料分野の世界的な権威であるソウル大イ・チャンヒ(이창희) 教授を副社長に迎えた。サムスンディスプレイは、イ教授が9月から、次世代ディスプレイ材料や製品を開発する計画だと15日に、公表した。


イ・チャンヒソウル大学教授

イ・チャンヒ教授は、有機EL(OLED)材料分野の権威者である。

彼は2004年からソウル大学電気情報工学部教授として在職しており、2000年のノーベル化学賞を受けたサンタバーバラ大学のアラン・ヒーガー教授の許で物理学の博士号を受けた。2004年から約2年間、国際電気標準会議(IEC)OLED国際標準化分科委員長を務めた。2015年に世界最高効率のRGB(赤・緑・青)量子ドット材料を開発するなど、ディスプレイ材料分野での研究成果を収めた。OLEDと量子ドットのコア技術の開発に寄与したことが認められ、昨年の科学技術の装飾飛躍章を受けた。

サムスンディスプレイの関係者は、「世界最高水準のOLED技術のリーダーシップを強化し、競合他社との技術を差異化して、開発を加速できるだろう」と期待した。イ・チャンヒ教授は「絶え間ない技術革新で市場をリードしたサムスンディスプレイがもう一度の技術革新で危機を乗り越え、韓国ディスプレイの栄光を守っていくために貢献したい」と述べた。

一方、サムスンディスプレイはソウル大と「ディスプレイ研究センター」を運営して、基礎技術の研究専門人材の養成のために継続的に努力してきた。
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2018年04月26日

ディスプレーの新材料「量子ドット」とは?

〇4/25(水) 投信1

 液晶や有機ELディスプレーの新材料として、量子ドット材料の需要増が見込まれている。量子ドット材料とは、簡単に言うと、半導体の性質を持った金属の微小な粒。もっと言うと、直径が数ナノメートルのカドミウム系やインジウム系の金属球である。

 これに光を当てると、粒径によって特定の光を発するため、ディスプレーの色味を向上したり、より明るく見せたりすることができる。4Kテレビの普及や、国際規格BT.2020を満たす色表現の実現に向けて、ディスプレー各社が採用拡大を進めているのだ。

ディスプレー、照明、太陽電池、医療など用途は多彩
 量子ドット材料は、前述のとおり直径が10ナノメートル以下の半導体微粒子であり、光を長時間当ててもほとんど退色しないため、ディスプレーの色表現力を長期間にわたって広げることができる。ただし、酸素に弱い。酸素にさらされると材料の表面が酸化され、所望の性能(色や明るさ)が出なくなる。そのため、安定して性能を発現させる使い方にも工夫が求められる。

 用途はディスプレーに限らない。色味を改善することができるため、LED照明やLEDディスプレーなどに使う研究も進んでいるほか、太陽光パネルに使えば、太陽電池が良く吸収する波長に光を変換して発電効率を上げることができるといわれている。医療やライフサイエンス分野でバイオマーカーなどに応用する取り組みもある。

参入各社が続々と量産体制を整備
 最初に量子ドット材料をディスプレー製品に供給したのが、米QDビジョンだ。液晶テレビに量子ドット材料「Color IQ」が採用され、液晶テレビの色再現性を高めることに成功した。このColor IQは細長いガラスチューブに量子ドット材料を封入したもので、液晶テレビのバックライトユニットと導光板の間に配置して使われた。ちなみに、先駆者であったQDビジョンは2016年に韓国のサムスン電子に買収された。

 ここにきて量子ドット材料の需要増が見込まれるようになったのは、QDビジョンに続く参入メーカーが量産体制を整えてきたためだ。

 QDビジョンに次いで、シリコンバレーで年産25tの量産能力を整えた米ナノシスに続き、英ナノコテクノロジーは英ランコーン工場の生産能力を当初の10倍に拡大し、さらなる増産に向けて先ごろ1万平方フィートの拡張スペースを確保した。ナノコは米ダウ・ケミカルおよび独メルクとライセンス契約を結び、ダウがすでに韓国で量産しているほか、メルクとはメルクが自社の判断で量産可能な契約も交わしている。

 また、米クアンタムマテリアルズは、中国の合弁会社を通じて北京市に量子ドット材料の生産ラインとアプリケーション開発センターを建設中。本件に関して中国のファンドから1.5億元(約2180万ドル)の資金支援を受けており、中国への立地で現地の主要ディスプレー部品メーカーへの供給拡大を狙っている。

 日本では、産総研の技術移転ベンチャーであるNSマテリアルズが福岡県広川町に量産工場を稼働させており、ディスプレー分野に特化した事業展開を進めている。同社には液晶用ガラス基板大手の日本電気硝子が出資している。

欧州がカドミウム使用を禁止へ
 量子ドット材料がディスプレーの新素材として広く採用されていくためには、カドミウムフリーの実現が不可欠だ。先述のとおり、量子ドット材料にはカドミウム系の金属粒子が使われることが多いが、欧州委員会はRoHS(特定有害物質使用制限)指令の一環として、欧州で販売するテレビやディスプレーにおいて2019年10月からカドミウムの使用を禁止すると発表している。

 現在は含有量が100ppm以下であれば適用が除外されており、「代替材料がない」といった理由で欧州委員会が20年以降も禁止を先延ばしする可能性が残ってはいるが、早晩カドミウムは使えなくなるだろう。また、「日本の企業は、カドミウムが規制以下の含有量であっても、ディスプレーへの採用を敬遠する」(量子ドット材料メーカー関係者)というように、カドミウムに対する抵抗感が強いこともある。

 こうした流れに対応するため、ナノコはカドミウムフリーを実現した材料の供給拡大に全力を挙げており、欧州委員会の禁止の表明にいち早く賛同の声を上げた。クアンタムマテリアルズもカドミウムフリー材料の開発に成功するなど、技術開発面でも参入各社の足並みが揃いつつある。カドミウムフリーを参入する全企業が満たせば、量子ドット材料はこれから大きな市場に育ちそうだ。

(津村明宏)

電子デバイス産業新聞
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2018年02月10日

Merck、量子物質を利用した新しい高効率OLED ELQ-LED研究への取り組みを開始

〇2018年 2月 8日 UBIリサーチ

MerckはOLEDに量子物質を混ぜ合わせたELQ-LED(Electroluminescent Quantum Materials-based Light-Emitting Diode)の研究に取り組んだことを明らかにした。ドイツ連邦教育研究省(BMBF)より合計550万ユーロの資金援助を受けると知られているこのプロジェクトは、ディスプレイと照明産業に貢献するために量子物質を開発することであり、プロジェクトの総予算は910万ユーロである。

MerckはOLEDに量子物質を採用したELQ-LEDが、低生産コストで高色純度と高エネルギー効率を実現できると伝えた。しかし、量子物質の中で、毒性物質のカドミウムは使用を禁じられた。MerckのOLED・量子物質責任者Michael Grund氏は「ELQ-LEDは体系的に改善されたOLEDを紹介し、OLEDと量子物質の関係でシナジー効果を生み出すための大きな可能性を提示する」と説明した。

このプロジェクトはMerckとOSRAM OLED、Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research(IAP)、アウグスブルク大学(University of Augsburg)などが参加し、Merckは構成要素とプロセス、マトリックス材料、輸送材料(Transport materials)、インクをテスト・開発する予定である。

Merckは全ての構成要素が生産コスト削減のために印刷材料として開発されることや、印刷された部品のテストをディスプレイと自動車のテールランプ部分に実施することを明らかにした。この研究プロジェクトは2020年夏まで3年間続く予定だ。
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2017年08月09日

有機ELの次へ、進化する量子ドットとマイクロLED

北原 洋明=テック・アンド・ビズ 2017/01/17

 現在の液晶や有機ELの次の世代と目される新しいディスプレー技術の発表が、学会で増えてきている。象徴的だったのが、2016年12月に開催された「第23回International Display Workshops(IDW/AD'16)」だ。特に注目を集めたのが、量子ドット(QD)とマイクロLED(Micro LED)である。いずれも「MEET(MEMS and Emerging Technologies for Future Displays and Devices)」セッションで集中的に取り上げられた。ここ1年ほど、ディスプレー分野では、フレキシブルへの期待と共に有機ELが注目され、本格的な実用化も目前まできている。その中で、新しいディスプレーの胎動を感じた。

量子ドットは第2フェーズ、Cd対応で分かれる戦略

 量子ドットの液晶ディスプレーへの応用は4年前から始まっており、徐々に市場に浸透している。しかし、当初期待された爆発的な拡大は見られていない。その背景の1つには、Cd(カドミウム)が主要な材料として使われていることがある。当初、量子ドットのメーカー各社が一斉に液晶への適用を目指して参入してきた時期を第1フェーズとすると、2015年にCd規制の例外適用延長が議論されたころから、各社それぞれの方向を明確にし始めた。現在は、第2フェーズに入ったと言える。

 もともと「Cdフリー」をうたっていた英Nanoco社は、Cd系に比べて劣っていた性能を徐々に改善している。今回のIDWでの発表では、半値幅が緑で30nm、赤で40nm、量子効率が90%まで改善されたことを示した(論文番号MEET5-2)。Cd系の材料を推し進めてきた米Nanosys社は、非Cdの材料を混ぜることで、Cdの含有率を規制値100ppm以下に抑えながら、半値幅が緑で18nm、赤で43nm、量子効率が92%と、Cd系と同等の値を得た。同社は2017年から市場に出すと報告した(同MEET5-1)。

 この他、液晶ディスプレー応用への様々な取り組みも進んでいる。メルクは、液晶ディスプレーのカラーフィルター(CF)への量子ドット応用について講演した(同MEET5-4)。中国Southern University of Science and Technologyは、LEDチップに量子ドットを載せる“On Chip”方式の講演を行った(同MEET5-3)。ドイツCenter for Applied Nanotechnologyは、量子ロッドの特性向上を目指した開発を継続的に行っている(同MEET2-5)。

オール印刷、有機EL代替を目指すQLED

 現在は自発光型の有機EL(OLED)でフレキシブルディスプレーを目指した開発が続けられている。その発光層を量子ドットで形成し、電子/ホール輸送層など他の層も含めて全て印刷法での形成を目指す「QLED」の発表も増えつつある。中国Chinese Academy of Sciences(OLED2-4)、韓国Kyung Hee University(MEET4-1)、韓国Seoul National University(MEET4-2)、中国Fuzhou University(MEET4-3)、英国Brunel University(MEET4-4)、中国Southern University of Science and Technology(MEET5-3)などが発表した。ポスター発表も4件あった。

 各講演では、QLEDの構造、プロセス、QLED材料などに関する開発状況が報告された。例えば、韓国Kyung Hee UniversityのProfessorのJin Jang氏は、酸化物半導体を陰極層に用いた反転構造のQLEDを提唱するとともに、様々な種類の量子ドット材料を紹介し、特性の改善に向けた方向性を示した。中国Fuzhou UniversityのFushan Li氏は、グラフェン型の量子ドットで青色発光が得られることを示し、印刷プロセスでフレキシブルQLEDを試作した。他に、ペロブスカイト(Perovskite)構造の材料を用いた発表が数件行われた(PH(Inorganic Emissive Display and Phosphors )セッションを含む)。

ポスト液晶/有機ELと目される「マイクロLED」

 これまでのディスプレーは液晶や有機ELのように、TFTバックプレーンを用いて駆動するアクティブ型のディスプレーがほとんどだった。これに対して、発光デバイスであるLEDそのものをディスプレーの画素に並べるマイクロLEDディスプレーの発表が増えてきた。今回は、フランスCEA-LETI(MEET1-2)、英Brunel University/mLED(MEET1-3)、米X-Celeprint(MEET1-4)の3件である。

 CEA-LETIのFrancois Templier氏は、GaN LEDで10μmピッチのマイクロLEDを作製し、3μmピッチの可能性も示した。X-CeleprintのAntonio Jose Trindade氏は、ウエハー上に形成したLEDをフレキシブル基板に転写し、マイクロLEDディスプレーを作製する手法を講演した。Brunel UniversityのProfessorのJack Silver氏は、単色のマイクロLEDをフルカラーで光らせるために量子ドットを組み合わせる手法を提案した。

塗り変わるディスプレーのロードマップ

 量子ドットは、スーパーハイビジョン時代に向けた色域拡大を武器に、液晶ディスプレーへの適用から実用化が進んでいる。ここ1〜2年は、学会でもCd系材料の是非が議論されてきた。あくまでもCdフリーを推し進めるか、それとも効率や色域の性能が高いCd系の特徴を活かすかという議論である。液晶ディスプレーへの適用で量子ドット各社が一斉に参入した第1フェーズから、量子ドット各社がそれぞれの特徴を活かしながら市場拡大を加速させようとしている第2フェーズに入ったと言える。加えて、次のステップとしての有機EL代替の可能性を持つQLEDの開発も精力的に行われている。

 さらに、液晶や有機ELのように、バックプレーンを用いてアクティブマトリクス駆動するという従来のディスプレーの概念を一変させるマイクロLEDが注目を浴び始めている。ポスト液晶/有機ELと目されるこの技術が実用化すると、ディスプレーの製造および産業は大きく変わることになる。

 このLEDディスプレーの火付け役といえるのが、ソニーが2012年に発表し「Crystal Display」である。その表示の素晴らしさ、特に輝度とコントラスト比の高さは、多くの方が認めている。そして2016年に同社が「CLEDIS」を製品化したことで、LEDディスプレーの普及が現実となった。このソニーのLEDディスプレー技術は、マイクロLEDにつながるものである。なお、このマイクロLEDに向かう手前に“Small Pitch LED”がある。

図1に、液晶や有機ELとは異なる新たなディスプレーの世界を築きつつある、LEDディスプレーの全体像を描いた。現在、LEDディスプレーは、超大型のデジタルサイネージ分野で広く普及しているが、このLEDの実装ピッチが徐々に狭くなっている。その結果、100型前後の相対的に小さな画面にも市場が広がりつつある。液晶や有機ELが小型から大型へ進化していったのとは対照的に、LEDディスプレーは大型のサイネージから小型へと広がりつつある。そして、その究極がマイクロLEDになる。

 また、液晶や有機ELがTFTバックプレーンによるアクティブマトリクス方式で駆動するのに対して、LEDディスプレーでは一定のサイズのブロックで構成し、それぞれのブロックを外部信号によって独立して駆動する。これにより、バックプレーンという概念がなくなる。極言すれば、このブロックをつなげていけば、いくらでも大きなディスプレーができる。また、LEDチップ間の距離を縮めていけば、どんどん高精細化できる。


図1 ディスプレーの全領域をカバーするLEDディスプレー
超大型のデジタルサイネージ分野で市場を形成しているが、LEDの実装ピッチ間隔を縮めた“Small Pitch LED”によって、100型以下の市場にも食い込み始めている。さらに、ピッチを微細化したマイクロLEDによってモバイル端末の市場領域までカバーし、ディスプレーの全ての領域をカバーすることになる。Small Pitch LEDの分野では、既に中国メーカー数社が展示を行っている(図中の青い円内の赤丸、筆者が2016年9月に上海で開催されたLEDの展示会で確認)。マイクロLEDの領域では、取りざたされる米Apple社の製品(図は筆者の推測で記入)が2017年に製品化される期待もある。

 量子ドットやマイクロLEDに関しては、2016年12月の「IDW」や同年5月の「SID」でも多くの発表があったが、そのほとんどが海外勢であり、日本からの発表は大学のポスター発表にとどまっている。これらの技術は欧米のベンチャー企業から発したものであるが、ここ1〜2年は中国からの発表が急速に増えている。また、マイクロLEDでも既に事業化を見据えた動きが中国企業から出てきている。日本は、液晶と有機ELでかろうじて踏みとどまっている現状だが、量子ドットやマイクロLEDといった将来技術に対して全くといってよいほど研究開発に手が付けられていない。このような状況では、日本のディスプレー産業の将来が危ぶまれる。
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2017年06月13日

東北大学、量子ドットの発光強度を自在に制御

2017年06月13日 EE times

東北大学の蟹江澄志准教授らは、硫化カドニウム(CdS)量子ドットとデンドロンからなる「有機無機ハイブリッドデンドリマー」を開発した。このデンドロン修飾CdS量子ドットは、非対称性の高い液晶性立方晶構造を形成している。量子ドットの発光強度を自在に制御できることも分かった。
[馬本隆綱,EE Times Japan]

 東北大学多元物質科学研究所の蟹江澄志准教授らによる研究グループは2017年6月、硫化カドニウム(CdS)量子ドットとデンドロンからなる「有機無機ハイブリッドデンドリマー」を開発した。このデンドロン修飾CdS量子ドットは、非対称性の高い液晶性立方晶構造を形成していることが分かった。量子ドットの発光強度を自在に制御できることも明らかにした。

 今回の研究は、蟹江氏や多元物質科学研究所の松原正樹博士(現在は仙台高等専門学校助教)、村松淳司教授、英国シェフィールド大学のGoran Ungar教授らと、東北大学多元物質科学研究所の秩父重英教授グループおよび、九州大学先導物質化学研究所の玉田薫教授グループらが連携して行った。

 蟹江氏らの研究グループは、カルボキシル基(CO2H)を有するCdS量子ドット表面に、温度変化によって液晶状態となるデンドロンを密に装飾した有機無機ハイブリッドデンドリマーを開発した。


有機無機ハイブリッドデンドリマーの概略図 出典:東北大学

 Ungar教授らと連携して、開発したデンドロン修飾CdS量子ドットの構造を、小角X線散乱測定法により詳細に解析した。その結果、デンドロン修飾CdS量子ドットは、液晶性P213構造と呼ばれる非対称性の高い、自己組織性立方体構造を形成していることが分かった。P213構造とは、中心対称のない特殊な構造である。


デンドロン修飾CdS量子ドットが形成するP213構造のイメージ図。左は側面図、右は正面図 出典:東北大学

 さらに研究グループは、P213構造を形成したCdS量子ドットについて、発光強度を自在に制御できることを初めて見出し、その機構も解明したという。外部から紫外光を照射することで、CdS量子ドットの内部に生じた光励起エネルギーが、ほぼ全てCdS量子ドットの外側に存在するデンドリマーにエネルギー遷移する。これによって、CdS量子ドットの発光強度を制御することが可能になったという。

 研究成果について研究グループは、「光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池や、電気エネルギーを直接光に変換するLEDの高性能化に有用な技術である。生鮮食品の熱履歴センサーなどの開発にもつながる技術」とみている。



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2017年05月27日

量子ドットLEDディスプレー、BOEが展示

日経テクノロジー 田中 直樹 2017/05/26

 有機EL(OLED)を量子ドットに置き換えた構造を持つ量子ドットLED(QLED)ディスプレーを、中国BOE Technology Groupが学会「Society for Information Display(SID)」(2017年5月21〜26日、米国ロサンゼルス)の展示会で披露した。展示したのは、5型パネルと14型パネルの2種類である。

 QLEDディスプレーは、有機ELと同様に電流を流すと画素が光る自発光型ディスプレーである。有機ELディスプレーに対して、無機物を用いているため信頼性が高く、また発光の色純度が高いために色再現範囲が広いことが特徴であるとする。また、BOE社はQLED層を溶液プロセスで作製しており、蒸着法が用いられている有機ELに対して製造コスト削減や大画面化で有利だとしている。

 今回展示したQLEDディスプレーの仕様は以下の通り。5型パネルは、画素数が320×240、精細度は80ppi、色再現範囲はNTSC比104%である。バックプレーンは低温多結晶Si(LTPS)TFTであり、QLED層はインクジェット法で形成している。14型パネルは、画素数が960×540、精細度は80ppi。色再現範囲は明らかにしていない。バックプレーンは酸化物半導体TFTである。QLED層は5型品と同様にインクジェット法で形成している。
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2017年03月28日

中国BOE、自発光の量子ドット採用の5型“AMQLED”ディスプレイを開発

2017年3月21日 PC watch

 中国BOE(京東方)は20日(現地時間)、5型の“主動式電致量子点発光”ディスプレイ(AMQLED)を開発したと発表した。

 いわゆる量子ドットを材料に用いたディスプレイ。量子ドットは少数の原子からなる極小半導体で、エネルギーを吸収して発光し、量子ドットの大きさをコントロールすることで発光する色を変えられる。

 現在市場にある量子ドットディスプレイの大半は、液晶の仕組みをベースとしたもので、バックライトに量子ドットフィルムを貼り付けて色域を30%以上高めたものである。

 一方、今回開発されたAMQLEDはAMOLEDと同様の仕組みで、電流を流せば量子ドットが自発光する。有機材料を無機量子ドットに置き換えることで、長寿命、広色域、低コストを実現するという。
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