フラットパネルディスプレイ概論（5）
新規ディスプレイ（フレキシブル、3D）
Introduction to Flat Panel Display (5) New Display (Flexible, 3D)
Ukai Display Device Institute

代表

工学博士

鵜飼育弘

YASUHIRO UKAI Ph.D.
Ukai Display Device Institute

ン、転写など1．はじめに
1.
はじめに⑤TFTのプロセス：真空＋フォトリソグラフィ、印刷

新規ディスプレイとして、フレキシブルディスプレイと立以下、フレキシブル基板材料、ディスプレイの種類と体（3D）ディスプレイを取り上げる。フレキシブルディスプ

TFTへの要求事項などについて概説する。

レイの実現で、我々のライフスタイルは大きく変化すること

2.1 フレキシブル基板材料が予想される。3Dディスプレイは、家庭ではフラットテレビ

ガラス、プラスチックフィルム（PEN）、SUSフォイルの特として実用化され、モバイル機器にも種々の方式が実用性比較を表1に示す。プラスチックフィルム（PEN）とSUS化されている。ここではこれらの技術を概説する。

フォイルでは、重量が6倍以上重く、プロセス温度も400℃以上高く、大きく異なる。また、SUSは金属であるため、熱1．はじめに2.
フレキシブルディスプレイ

た応用を考えるとプラスチックフィルムを選択するが、プロ薄くて軽く、曲げたり折りたためたり、しかも落としてもセス温度の低温化を実現する必要がある。一方、SUS割れにくいフレキシブルディスプレイは、パネルサイズを問フォイルは重いものの、プロセス温度はガラスと同じで問わず、携帯・収納・設置などの使い方の自由度が高まる。

題なく、OLED基板として透明性が問われることもなく、そのため、このディスプレイの実現には大きな期待が掛っ熱伝導性が良好であることから放熱特性も優れている。ている。しかも、このディスプレイの製造には、従来のガラなお、表中に熱膨張係数（CTE）を示した。基板とTFT

ス基板を一枚ずつ処理する枚葉式から、ロール・ツー・ロール（R2R）式への生産革命への期待も大きい。
フレキシブルディスプレイの実用化には、下記のような技術選択肢があり、如何に組み合わせて性能、品質、量産性、価格に対応できるかが大きな課題である。
①フィルム材料：プラスチックフィルム、SUSフォイル、極薄板ガラスなど②TFT半導体材料：a-Si TFT（低温形成＜150℃）、酸化物半導体TFT（TAOS-TFT）、有機物半導体TFT（OTFT）③ディスプレイの種類：LCD、電子ペーパー（電気泳動：EPD）、有機EL（OLED）など④基板のハンドリング：ラミネーション/デ・ラミネーショ

2

伝導性が良好である。従って、基板材料の軽さを重視しTHE CHEMICAL TIMES

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表1 各種基板材料の特性比較

フラットパネルディスプレイ概論（5）新規ディスプレイ（フレキシブル、3D）

構成材料のCTEを合わせることが、各層間のパターンズされる主な性能を表2に纏める。LCD、EPD、OLEDのレを防ぐために重要である。

移動度、しきい値電圧の安定性（⊿Vth）、オン/オフ電流

極薄板ガラスには、日本電気硝子が開発した50μm（I on /I off）をTFTの性 能として取り上げた。このように、厚の無アルカリガラス基板がある。最近、コーニングやTFTへの要求性能は、ディスプレイの種類を明確にしたショットといったガラスメーカーもこの分野に参入してきた。

上で検討することが重要である。なお、現在実用化されこの極薄板ガラスはロール状に巻くことも可能で、R2R式ているLCDはセル厚や配向制御が必要であるため、フの生産にも適用の可能性がある。

レキシブルとの両立は困難である。

プラスチックフィルムは表 1に示したように、ガラスやディスプレイに用いられる透明電極としてはITOが多くSUSフォイルに比べガス（酸素や水分など）バリア性に劣用いられている。しかし、ITOはフレキシブルディスプレイる。従って、プラスチックフィルムをフレキシブルディスプレ用電極としては最適ではない。表3に現在実用化もしくイ基板として用いるには、デバイスに応じたバリア膜の形は開発中の透明導電膜の種類と特性比較を示す。中で成が必要である。図1に用途とガスバリア性の関係を示

も、導電性高分子（例えばPEDT/PSS）やCNT（カーボンす。図からOLED用には1×10-6g（ cc）/m 2/day/atm以下、ナノチューブ）は可撓性に優れている。

電子ペーパーには1×10 -1g（ cc）/m 2/day/atm以下のガスバリア性が求められることが分かる。

表3 透明導電膜の比較

有機半導体材料は、Si系半導体に比べ柔軟性に富
図1 用途とガスバリア性の関係

2.2 ディスプレイの種類とTFTおよび透明電極への要求性能

み、機械的な曲げに対して安定である。また、室温から100℃程度の比較的低い温度で作製可能なため、フレキシブルなプラスチック基板上に容易に形成することができる。さらに、大面積・低コスト化にも有利である。そのフレキシブルディスプレイの候補としては、LCD、EPD、ため、フレキシブルディスプレイのスイッチングデバイスとしOLEDなどがある。これらのバックプレーン用TFTに要求て大いに期待されている。しかし、実用化に関しては課

表2 各種ディスプレイの駆動に要求されるTFT特性題も多い。一般的に、有機半導体は水や酸素、熱、紫外線、有機溶剤によって特性が劣化してしまうため、無機半導体の微細加工に用いられているフォトリソグラフィやエッチングのプロセスをそのまま用いることができない。
また、アレイ化したTFTの特性のバラツキも問題となる。
これらの材料は、フレキシブルで低価格に対応できる材料としてR2Rプロセスに適しており、幅広いエレクトロニクス分野への応用が期待される。

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3図2 枚葉式からR2R式へ

2.3 ロール・ツ―・ロール（R2R）式生産

め、プロセス適用に際してはTFTの各層に要求される仕図 2に枚 葉 式および R2R 式の概 念 図を比 較して示様を満たす印刷方式の選択が重要である。このR2R式す。例えば、長さ数百m、幅1mほどの大きなロール状のに印刷技術を活用するとともに、半導体および金属材料基板に回路パターンを印刷し、同じくロール状の封止膜によって回路を直接書き込む直接描画技術を併用すれなどと貼り合わせてから、再びロール状に巻き取る（図でば、ロール状のプラスチック基板を用い、薄いFPDパネルは、個別に切り離す）。従来の枚葉式では個別に切り離や軽い太陽電池、床や服などにびっしり埋め込むことがされた基板を使うため、次の工程に個々の基板を搬送できるセンサなど、これまで実現が難しかった部品を製する手間が掛る。搬入・搬出部を設けなければならず、造できる可能性がある。薄く、軽く、曲げられるといった製造装置の規模も大きかった。R2R式を採ると、基板は性質を実現出来る上に、製造コストは従来に比べ何ケタ装置の間を連続的に流れることになる。そのため、製造も低くなる可能性を秘めている。例えば、実用化されてい装置はたがいに連結され、搬送に必要な手間や装置をるTFT-LCDの単価は1000ドル/m 2 程度であるが、高品大幅に省くことができる。

質の印刷物は0.25ドル/m 2程度である。

表4に各種印刷方式の比較を示す。印刷方式によって、基板サイズ、解像度、アライメント精度等が異なるた
表4 印刷方式の特性比較

1．はじめに
3.
立体（3D）ディスプレイ
ここでは、現在実用化されている立体（3D）ディスプ
レイ技術と特徴について概説する。図3に立体表示方式の分類を示す。

図3 立体表示方式

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3.1 メガネあり方式（2眼式）

い、図4（ b）に示すように、それぞれの視点位置に集光最も基礎的な立体表示方式がメガネあり2眼式立体する光線で、対応する右眼用画像と左眼用画像を表示表示である。立体映画（3D）映画や家庭用3D-TVなどする。視点位置に眼を置いて見れば、対応する画像をで利用されている方式である。2眼式立体表示では、右見ることができる。このように、視点を用いることでメガネ目と左目にそれぞれの目から見た画 像を表 示することなし表示が実現できる。しかし、観察位置が制限されるで、立体感を与える。図4（ a）に示すように右目と左目にことが分かる。以下にフラットパネル型としてのパララック異なる映像を表示するために、光学フィルタを取り付け

ス・バリア方式とレンチキュラ方式について述べる。モバたメガネをかける。右眼用と左眼用の画像を同一画面イル用途の中小型ディスプレイ用に実用化されている。に表示し、光学フィルタにより分離する。光学フィルタとし

3.2.1 パララックス・バリア方式ては、偏光フィルタ、波長フィルタ、液晶シャッターなどが図 5（ a）に示すようにフラットディスプレイにパララックス・バリアを取り付けた構造である。パララックス・バリア用いられる。とは、スリットを水平方向に並べた1次元スリット・アレイである。一つのスリットに対して水平方向に複数の色画素（色画素群）を対応させる。このとき、スリット間隔を、色画素の水平幅より若干小さくする。その結果、色画素群から出て対応するスリットを通過する光線群を考えたと
き、すべてのスリットを通過した光線群が、ディスプレイか（a）
メガネあり立体表示
図4 メガネあり・メガネなし立体表示（b）
メガネなし立体表示（東京農工大学 高木先生資料）

3.1.1 時分割シャッター方式
この方式では、表示は1サブ・フレームごとに左右の映像を順次出力し、メガネは左右交互にON/OFFする液晶シャッターを用いる。しかも、TFT-LCDやPDPの高速駆動が利用できる。TFT-LCDを4倍速駆動して、黒フレームを間に入れて左右の映像を表示することで、クロストークを低減した立体表示を実現できる。この方式は解像度の低下はない。
3.1.2 偏向フィルタ方式（a）
パララックスバリア方式

この方式では、走査線ごとに回転方向が逆の円偏光を与える円偏光板を貼り付ける。奇数と偶数の走査線で左右の画像を表示する。この方式を用いると、比較的容易に立体化が実現できる。ただし、垂直解像度が半分に減少する。また、TFT-LCDやPDPのピクセルと偏向 板の間 隔が大きくなると、観 察する垂 直 位 置によって、偏光板と走査線の対応関係にずれが生じるといった問題点がある。
3.2 メガネなし方式（裸眼式）
メガネを用いないでどのようにして左右の画像を分離するのか。それは、「視点」を空間に設定する必要がある。視点とは、右眼と左眼を置いて見る位置のことをい（b）
レンチキュラ方式
図5 パララックスバリア方式とレンチキュラ方式（東京農工大学 高木先生資料）

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ら特定の距離で交わることが分かる。この交わった位置よりその反 射 光を再 現するという原 理に基づいたものに視点が形成される。なお、一つのスリットに2個の色画で、専用メガネを用いることなく、滑らかな映像表現が可素を対応させると2眼式となり、3個以上対応させると多能な方式である。従来の技術では、解像度が低下しや眼式となる。

すい、明るさのむら（干渉縞）が出やすいなど実用化に3.2.2 レンチキュラ方式

あたっての課題があったが、3D映像のために専用画素図5（ b）に示すようにレンチキュラ・レンズを用いる方配列と専用画素形状を施したTFT-LCDを採用し、垂直式である。レチンキュラ・レンズとは、1次元のレンズであレンチキュラーシートを貼ることで、鮮鋭感があり、干渉るシリンドリカル・レンズを水平方向に並べたものである。

縞の少ない3D映像が実現されている。メガネなしで3D

このレンズは、光線の偏向に関しては、基本的にはパラ映像が見られるLCD-TVとして商品化されている。

ラックス・バリアと同じ働きを持つが、レンズであるため視点に対する光線の集光性に優れている。
いずれの方式でも、視点数の増加に伴い、水平解像1．はじめに4.
おわりに度が逆比例して低下することが分かる。両者を比較す

OTFTによるフレキシブルディスプレイの実用化に向けると、パララックス・バリア方式は作製が容易で作製精た開発は始まったばかりである。今後、さらなる印刷可能度も高いが、光の利用効率が低い。一方、レンチキュラ・な高移動度でしかも安定性に富んだ有機半導体の登レンズ方式は、光の利用効率は高いが、樹脂で作製さ場を期待したい。また、全工程に印刷プロセスを用いるれる場合が多いため湿度や温度の環境変化による形OTFTについては、パターン精細度の向上・制御と歩留状変化が問題となる。

まりを現行のフォトリソグラフィ・プロセス並みにまで向上

3.2.3 インテグラ・イメージング方式すべく開発が進められている。環境に優しく、資源の有光線再生型の水平・垂直視差型立体ディスプレイはインテグラル・イメージングと呼ばれている。もともとは、写効利用が可能な生産方式で、Si系TFTでは実現不可能なディスプレイの創生に期待したい。

真技術として考案されたもので「インテグラル・フォトグラ

メガネ方式の3D-TVが次々に商品化され話題になってフィ」と呼ばれていたが、最近になり写真技術と区別すいる。また裸眼3D-TVも商品化された。2次元表示から3るためインテグラル・イメージングと呼ばれるようになった。

次元表示への流れは、技術の進化を考えると自然と思え

図6に代表的な構成例を示す。

る。しかし、立体映像は2次元映像に比べ人体に与えるインテグラル・イメージング方式は、物体が反射する光影響が大きい。現状の技術には課題も多く、今後は人間（反射光）を複数方向からサンプリングし、ディスプレイにの立体知覚のメカニズムに対応した技術が求められる。
参考文献
東京農工大学 高木先生資料：
http://www.tuat.ac.jp/~e-takaki/pdf/nikkeibp_nenkan2010.pdf＊「フラットパネルディスプレイ概論（4）電子ペーパー」の訂正
THE CHEMICAL TIMES 2011 No.2
（通巻220号）、2ページ左欄、下から5行目～同右欄、下から5行目の記載を、下記へ訂正させていただきます。

図1に代表的な電子ペーパーの方式を示す。元松下電器の太田氏が開発した電気泳動ディスプレイ
（EPD:Electrophoretic Display）
では、図2に示すように1粒子型（図2（ a））と2粒子型（図2（ b））が実用化されている。1粒子型は、当時の構造で、電極に挟まれた着色溶液の中
図6 インテグラル・イメージング方式の原理

6THE CHEMICAL TIMES（東京農工大学 高木先生資料）2011  No.3
（通巻221号）に1種類の電荷を帯びた着色粒子が分散している。