知っておきたいキーワード
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第42回

フレキシブルディスプレイ（正会員）藤 掛 英 夫†
†NHK 放送技術研究所"Flexible Displays" by Hideo Fujikake (NHK Science & Technical Research Laboratories, Tokyo)
キーワード：プラスチック基板，有機EL，液晶，電気泳動法，電子ペーパ，薄膜トランジスタ（TFT）

フレキシブルディスプレイとは
テレビ用途などで液晶ディスプレイ

ラスチック基板を用いたフレキシブル際学会においても，欠かすことができ電子ペーパは，メモリー機能により省ないトピックになっています．

電力動作が可能なため，書換え可能な印刷物を目指す取組みです．

本稿では，まずフレキシブルディスプレイの用途について概説します．次や有機ELディスプレイの薄型化が進

これら二つのフレキシブル表示媒体に表示媒体技術として，動画表示のフんでいます．さらに，将来的にガラスは，それぞれ動画および文字・静止画

レキシブル有機ELおよび液晶ディス基板に替わりプラスチック基板が導入表示を主として想定するため，求めらプレイを解説するとともに，静止画表されれば，薄くて軽く割れないディスれる機能や表示原理は異なりますが，示の電気泳動インクおよびコレステリプレイパネルが実現できるばかりか，双方あわせてフレキシブルディスプレック液晶のフレキシブル電子ペーパを曲げる

イと総称されています．

紹介します．さらに，それらを実現すことも可能になります．それらは，フラットパネルディスプレイ

フレキシブルディスプレイは，新たるのに必要な基盤技術として，マトリの究極の進化形態として考えることもな視聴形態やヒューマンインタフェー

ックス駆動技術とプラスチック基板にできます．その一方，電気泳動インク

スを創出する次世代表示技術として，ついて説明します．

やコレステリック液晶を用いた電子ペ

現在，研究開発が精力的に続けられてーパの技術開発が加速しています．プ

います．現在，ディスプレイ関連の国

新たなディスプレイ用途

ルを壁面に手軽に貼り付けて使用する

引き出して使える直視型大画面スクリことはもとより，曲面での表示もできーンディスプレイの実現も夢ではなくプラスチック基板を用いた電子ディます．中型パネルであれば，これまでなります．ディスプレイのフレキシブ

スプレイは，薄い，軽い，割れない，持ち運びにカバンを必要としてきましル化は，画面サイズが大きくなるほど，曲がるなどの物理的特徴から，携帯・たが，巻き取れるようになればポケッそのメリットが際立つことになります．

設置・視聴の利便性を飛躍的に高める

トに収納して携帯できます．さらに大さらにフレキシブルディスプレイ

ため，幅広い用途を生み出すと考えら

画面ディスプレイであっても，フレキは，表示するさまざまな情報コンテンれています．

シブルとなれば，室内に容易に搬入でツに応じて活用されていきます．例え

例えば，ディスプレイパネルの軽量きて据え付けできます．さらに高度なば，表示サイズが大きいほど臨場感が化・フレキシブル化により，小型パネ柔軟性が確保されれば，必要な時だけ得られる動画用途であれば，映像情報メディア学会誌 Vol. 63, No. 7, pp. 939〜943（2009）（57） 939

知っておきたいキーワード

図1に示すような携帯に便利な巻物テレビの実現により，地上デジタ看板（ディジタルサイネージ），電子後，いつでもどこでもディジタル情報棚札への応用が期待されます．

を享受できるユビキタスネットワーク

ル放送の番組コンテンツを，屋内外をフレキシブルディスプレイは動画・技術が進展すると予想されており，上とわずどこでも楽しめるようになりま

静止画用途をとわず，その柔軟性が高記のようなフレキシブルディスプレイす．また，インターネットによる映像まっていけば，将来，衣類への装着は，情報化社会のライフスタイルを大配信サービスを，いつでも必要な時に（ウェラブルディスプレイ）や電子機きく変えていく可能性もあります．

利用することも可能となります．

器・乗り物の外装・ラッピングにも応以下の章では，フレキシブルディスプ用が進展すると考えられています．今レイを実現する表示技術を紹介します．

一方，文字・静止画用途のフレキシブル電子ペーパは，書換え時しか電力を消費しないため（維持電圧が不要），省電力が重要視される携帯用途に適しています．小型であれば，ICカード，RFタグなどの表示部として魅力的です．さらに電子ペーパは，自発光でなく印刷物のように外光による自然な表示ができて疲労が少ないため（照明光に応じて表示輝度が自動調整される），長時間の読み物に適しており，電子書籍，電子新聞としての実用化が検討されています．いわば，読むディスプレイです．その一方，タイムリーに情報を提示するツールとして，電子ネットワークを用いて情報を実時間で書換えられる電子掲示板，電子ポスタ，電子フレキシブル有機EL
フレキシブル有機ELディスプレイ

図1 巻物型フレキシブルテレビの使用イメージ示動作が速いなどの特徴もあります．

する場合には，有機半導体を劣化させしかし，ガラス基板に比べてガスバる水・酸素分子の進入を防ぐため，高リア性の低いプラスチック基板を使用度な封止構造が必要となります．

では，図2に示されるように，1枚のプラスチック基板上に，有機半導体層（発光層，電子/ホール輸送層などから封止膜なり，二重結合のπ電子が電荷移動を陰極担う）や電極層が積層されます．この

電子輸送層

場合，陰極および陽極からそれぞれ注発光層入される電子およびホールが，各輸送層を通って発光層で再結合するため，ホール輸送層陽極光が放出されます．
有機ELは，固体薄膜の積層構造のたガスバリア膜

プラスチック基板

め，極めて薄く柔軟なディスプレイパネルを構成できます．そのため，高度なフレキシブル化・薄型化を実現する有力な手段として注目されています．
また自発光のため，視野角が広い，表940 （58）

表示光

図2 フレキシブル有機ELの表示原理

映像情報メディア学会誌 Vol. 63, No. 7（2009）フレキシブルディスプレイ

フレキシブル液晶
フレキシブル液晶ディスプレイは，うに，変形しやすい両基板を接着するなどの照明光学系も柔軟化しなけれなスペーサ柱や壁の形成法が提案されてりません．そのため，LEDのエッジラいます．

イトを用いたフレキシブル導光板も試

図3に示すように，液晶をプラスチッ一方，液晶を用いて高コントラストク基板で挟んだ構造です．細長い液晶な表示を実現するには，バックライト作されています．

分子の向きが一様化された液晶層に電圧を印加すると，液晶の向きが変わって光学特性が変化します．これにより，表示光
偏光板

バックライトからの照明光が変調されます．フレキシブル液晶の場合，これプラスチック基板透明電極までガラスで蓄積されてきた大型製
造・高精細化技術が転用できれば，高いパフォーマンスを早期に実現できる

ネマチック
液晶スペーサ配向膜可能性があります．

画素電極

液体材料である液晶は，本質的に曲LED
チップ

げ疲労はありませんが，液体を安定して保持するデバイス構造が必要です．

フレキシブル導光板バックライト

例えば，プラスチックで挟まれて光変

図3 フレキシブル液晶の表示原理調を担う液晶層の厚みが変わらないよ

電気泳動方式の電子ペーパ

照明光み型ディスプレイも開発されています．

す．なお，電気泳動法や電子粉流体の同様な粒子移動型の電子ペーパとしカラー化では，光損失の大きなマイク

電子ペーパに適した表示方式としてては，電荷を帯びた合成樹脂の超微粒ロカラーフィルタを使用せざるをえな

電気泳動インクが知られています．代子を，液体でなく気体中で高速移動さいため，明るさやコントラストの向上

表的な電気泳動ディスプレイでは，図4せる電子粉流体方式も提案されていまが求められます．に示されるように，2種類の顔料が分散された液体マイクロカプセルが樹脂層に固定されています．白および黒の表示光（散乱光）

顔料粒子（それぞれ異なる極性に帯電）は，電圧印加時の静電気力により，カ外部照明光

プセルの液体内を反対方向に移動します．この時，上部に移動する顔料の光

透明電極吸収の違いにより，外部からの照明光が変調されます．その表示速度は動画表示に適さないものの，電圧で書換えできる印刷物と言えます．
このような電気泳動インクは，当初，画素電極

プラスチック基板

簡易表示の分野に応用が期待されていましたが，昨今，高精細パネルの報告が相次いでいます．さらに，薄いプラスチックフィルム基板を用いた折り込液体カプセル

黒色粒子

白色粒子

図4 電気泳動インクを用いた電子ペーパの表示原理（59） 941

知っておきたいキーワード

コレステリック液晶の電子ペーパ
他の有力な電子ペーパ技術として，さらに，選択波長の異なる液晶層を3チックパネルでは，接着型スペーサ柱層重ねることにより，フルカラー化もや液晶のマイクロカプセル化により液可能となります．

晶層の厚みが安定化されます．

なお，コレステリック液晶のプラス

図5に示すように，分子がねじれて並ぶコレステリック液晶方式があります．液晶自体のねじれ構造により，外表示光（反射光）光が反射されて表示動作が得られます．電圧を印加しない場合，液晶のね

外部照明光

じれ軸が基板に対して直立しており，ねじれピッチに応じた波長の入射光が反射されます．一方，電圧を印加した
場合，ねじれ軸が横方向に倒れて反射

透明電極
配向膜

コレステリック
液晶しなくなります．これらの2通りの状態はメモリー性を伴うため，書換え時画素電極プラスチック基板のみ電圧を印加すればよいことになります．
光吸収フィルム

液晶のねじれピッチは，ねじれを誘起する添加剤の濃度で自在に制御でき

図5 コレステリック液晶を用いた電子ペーパの表示原理るため，任意のカラー表示が可能です．

マトリックス駆動技術としてペンタセンが知られており，デシリコンやゲート絶縁膜の成膜温度をィスプレイパネルの試作が進んでいま低減した直接形成法や，無機基板上で上記のような表示媒体を縦横方向のす．また，ペンタセンの真空蒸着法に作製したTFTアレイをプラスチック基マトリックス電極により駆動する場合

対して，有機溶媒に溶けて容易に印刷板上に写し取る転写法が試みられていにおいて，高輝度・高コントラストな可能な高分子半導体（ポリチオフェンます．さらには，高移動度（非晶質シ画像表示を得るには，薄膜トランジス系など）も開発が急がれています．

リコンに比べて1桁以上）で低温形成タ（TFT）が必要となります．すなわ

フレキシブルディスプレイにも，この透明酸化物半導体も，フレキシブルち，電圧走査時に非選択時であってもれまで確立されてきた非晶質/多結晶ディスプレイへの応用が期待されてい駆動状態を維持するTFTを，ガラスにシリコンTFTを適用するアプローチもます．

替わるプラスチック基板に実装しなけ精力的に続けられています．例えば，ればなりません．
耐熱性に劣るプラスチック上に低温形成するTFT用半導体として，伸縮性に優れて基板から剥がれにくい有機半有機半導体
ソース電極

ドレイン電極導体が注目されています．図6に示す
有機TFTの構造では，ソース・ドレイン電極間に電圧を印加した状態で，ゲバリア膜
プラスチック基板

ート電極に電圧を印加すると，有機半導体に電荷が注入されてソース・ドレイン間に電流が流れます．
有機半導体の中でも，非晶質シリコンなみの高い移動度を示す有機半導体

942 （60）

ゲート電極

ゲート絶縁膜図6 有機TFTの基本構造

映像情報メディア学会誌 Vol. 63, No. 7（2009）フレキシブルディスプレイ

プラスチック基板
プラスチック基板に求められる条件に，加熱時に熱膨張係数が小さく，溶このように現在は，寸法安定性の高媒に対しても膨潤しない基板材料が求い硬質基板を使用せざるを得ないのでめられています．

すが，パネルの柔軟化には柔軟で弾性には，透明度（散乱や吸収がなく透明），実際のパネル試作には，厚みが数十のある基板が望まれます．それらの相表面平坦性，寸法安定性，ガスバリア〜200µm程度の硬質基板が使用され反する条件を満足するため，今後，複性などがあります．すでに光学特性やています．有機ELや電子ペーパには，合構造による基板開発も必要と思われ平坦性は一定のレベルに達しているた

熱膨張係数の小さな基板材料（ポリエます．その一方，ガスバリア性や寸法め，現在，寸法安定性が最も重要視さチレンナフタレート，ポリエーテルサ安定性の課題を抜本的に克服するたれています．すなわち，ディスプレイルフォンなど）が多用されています．

め，金属（ステンレス）フォイル基板

パネルの作製に必要な微小画素（TFT，その一方，液晶の用途では，光学異方を用いた有機ELや電子ペーパのパネ電極，配線，カラーフィルタ，ブラッ性が生じにくい基板（ポリエーテルサル開発も進展しています．

クマトリックスなど）の形成工程（フルフォン，ポリカーボネートなど）がォトリソグラフィ）に耐えられるよう用いられます．

今後の展望

印刷製法は，既存のフラットパネルません．
将来的にフレキシブルディスプレイ

ディスプレイの大面積化・低コスト化

高画質のフレキシブルディスプレイは，すべてのパネル部材が有機材料でにも貢献するとともに，製造時の省エを実現するには，表示媒体とプラスチ構成されることが望ましく，それに適ネルギー技術としても有望視されていック基板の特性を整合させていく取組した作製技術を開発する必要がありまます．フレキシブルディスプレイの部みが必要です．また，現状の試作フェす．例えば，プラスチック基板を巻き材・製造分野は，まだ研究段階ではあーズから，実用化に向けて進展させる取りながら，印刷法により画素を形成りますが，インパクトの大きな次世代には，個別のディスプレイ用途に応じしていくロールツーロール工程は，生技術として積極的に開拓していく必要て求められる表示サイズや柔軟性（曲産性・量産性の高い将来の製造法としがあります．

げ耐性）を見定めていかなければなりて期待されています．

ふじかけ

ひ で お

藤掛英夫

（2009年3月30日受付）

1983年，東北大学工学部通信工学科卒業．1985年，同大学大学院修士課程修了．同年，NHK入局．長野放送局を経て，1988年，同放送技術研究所に勤務．以来，液晶材料，フレキシブル液晶ディスプレイ，液晶光学デバイスの研究に従事．現在，同所材料・デバイス主任研究員．工学博士．正会員．

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