ディスプレイ製品メーカー開発ご担当者様へ

OUR MISSION

強い黒をつくれ

次世代ディスプレイの
高精細化・微細化において必要な、
優れた黒色化性能をいかに作り出すか。
三菱マテリアルの答えは…

DIABLA【 スパッタリングターゲット 】

もうブラックマトリクスはいらない。
TFT配線の表⾯黒化処理で課題を解決。

近年4K、8Kの⾼精細ディスプレイが登場してきています。
しかし、⾼精細化の課題の⼀つに輝度が低くなるという問題があります。
そこで、今まで配線を隠すためにカラーフィルターにつけていたブラックマトリクスを無くし、
代わりに表面黒化処理を施したTFT配線が採⽤され始めています。
DIABLA(ディアブラ)スパッタリングターゲットはそのTFT配線の黒化膜成膜において、今までにない性能を発揮します。

DIABLATARGET使用例

  • Black Matrix従来のディスプレイ
    Black Matrix 従来のディスプレイBlack Matrix 従来のディスプレイ
  • TFT配線黒化処理DIABLA搭載のディスプレイ
    TFT配線黒化処理 DIABLA搭載のディスプレイTFT配線黒化処理 DIABLA搭載のディスプレイ
POINT01

従来の材料に代わる
黒化膜の新素材!アレイ製造プロセス後も
高い黒化性能を維持

POINT02

さまざまなプロセスに
柔軟に対応できる
DIABLAラインナップ!半導体に近い層で使⽤されるため
半導体を汚染しない元素で構成

DIABLATARGET採用例

  • Metal mesh(Touch sensor)
    Metal mesh (Touch sensor)

    MERIT

    Polarizer less
    Moire patter less

  • Color filter(OLED)
    Color filter (OLED)

    MERIT

    High OD
    Thinner than organic BM
    Cr free material

  • TFT array/top side(LCD, OLED)
    TFT array/top side (LCD, OLED)

    MERIT

    Black matrix less
    Screen door less
    Wide aperture area
    Light reproducibility

  • TFT array/back side(LCD, OLED)
    TFT array/back side (LCD, OLED)

    MERIT

    Light efficiency
    Borderless

POINT03

DCスパッタ可能、
反応性ガス不要のターゲット材!均⼀性の⾼い膜を安定的に成膜可能

  • DIABLAスパッタリングターゲット

DIABLATARGET開発担当者インタビュー

DeveloperInterview

三菱マテリアル株式会社
高機能製品カンパニー 三田工場
技術開発室 薄膜材料グループ

梅本 啓太 / 岡野 晋 / 金子 大亮

材料や配線製造プロセスへの
豊富な知見が
課題解決への扉を開く

写真左より岡野・梅本・金子

写真左より岡野・梅本・金子

写真左より岡野・梅本・金子

写真左より岡野・梅本・金子

「新たなる強い黒」を求める声は、ずっと三菱マテリアルに届いていました。
その声に応えるため、新材料開発プロジェクトを発足。
製品化に至るまでには、さまざまな難題が立ちはだかりました。
開いたと思った解決への扉が、予想外の理由で閉じてしまう。その繰り返し。
しかし、諦めずに前へ進んだ3人の開発者たちには、喜びのゴールが待っていました。

インタビュー全文

「ブラックマトリクスの次」を探すという
ディスプレイ製造における課題

梅本:最近のテレビは4K、8Kと高精細化し、大型化が進んでいますが、その傾向が進むにつれ、ディスプレイに採用されている高精細パネルには大きな課題があることが顕在化してきました。従来、TFT配線表面での光反射を遮蔽する手法として、カラーフィルター基板には、配線が位置する部分に黒色を配するブラックマトリクスが採用されてきましたが、高精細になるほど画面の多くを黒色の領域が占めることになり、結果的に輝度を下げてしまいます。黒色部分を小さくすればいいのですが、それは技術的に困難を極めます。当社のお客さまも、ブラックマトリクスではない、次世代の手法を望んでいました。そこで検討されたのが、TFT配線の表面に薄膜をつけて黒く見せる「配線の黒化処理」です。これなら、カラーフィルターに黒色部分は不要となります。ところが、TFT配線への黒化処理において、薄膜の材料に安定性・耐久性が足りないという新たな課題が見つかりました。

「ブラックマトリクスの次」を探すというディスプレイ製造における課題
「黒さ」「強さ」「加工のしやすさ」「反応性ガス不要」
理想の新材料に求められる条件を設定

梅本:黒化膜の材料としては当初、タッチセンサーのメタルメッシュ配線に使われてきた酸化モリブデンや酸化銅、窒化銅などが検討されていました。しかし、これらの材料は、配線加工過程で必須のアルカリや水に弱い上、耐熱性・耐久性が低いと言えました。当社が黒化膜の新材料を探すプロジェクトを立ち上げた際、目標とする材料の条件として「充分な黒さ(低反射性)」「耐久性」「加工性」「反応性ガス不要」の4つが挙がりました。低反射性を利用して黒く見せられる、という必須条件は当然として、アルカリや水、高温が当たり前の過酷なTFT配線製造プロセスをものともしない耐久性はぜひとも欲しい特性です。また、加工性に優れていて配線化しやすい、成膜時に反応性ガスを導入しないというのも重要な条件だと考えました。反応性ガスを導入するリアクティブスパッタでは、ディスプレイのような大型基板に成膜する場合、面内で均一な膜質を得ることが難しいという課題があるためです。

「黒さ」「強さ」「加工のしやすさ」「反応性ガス不要」理想の新材料に求められる条件を設定
「従来の材料では課題は解決できない」
周期律表をもとに試作候補を探し求める日々

梅本:目標を定めたのはいいのですが、従来の材料では達成できないとわかっていたので、既存の知見や固定観念にとらわれず、新たな視点で材料を検討しなければなりませんでした。毎日、周期律表を眺めながら、材料特性を調べ上げ、スクリーニングし、試作候補をピックアップしていきました。それらの候補となる数十サンプルをさっそく調達し、黒化膜を試作しましたが、あまり黒くならないものもあります。最重要視したのは耐久性でしたから、強さの点では合格点でも、黒さが物足りなければ、選び直すことになります。耐久性を保ちながら、いかにして反射率を低減していくかという次の課題で活躍したのは、光学シミュレーションでした。理論的に最も反射率が低くなる材料検討を繰り返しながら、ようやく理想の解となる現在のDIABLA膜に辿り着くことができました。

「従来の材料では課題は解決できない」周期律表をもとに試作候補を探し求める日々
お客さまのご要望に合った組成を作ることと
量産体制を整えること、2つの新たな課題をクリア

金子:私の担当は、DIABLA膜をお客さまごとに「カスタマイズ」していくことでした。配線製造プロセスの中には薬液やガスで不要な薄膜を溶かすエッチングがありますが、そのエッチングのやり方はお客さまごとに異なります。ご要望に合わせて組成を検討し、評価結果を受けて最適化する、その繰り返しでした。検討した組成は数百に及びます。

梅本:試作と評価結果はデータベース化していくことで、合理的・効率的な組成設計が可能になりました。

岡野:私は、梅本、金子の材料開発と並行して、DIABLAターゲットの量産技術開発を担当しました。構想段階から、実際のディスプレイに適用される製品サイズや生産性を考慮して、製造プロセスを選定しました。DIABLAターゲットは、低反射性や耐久性に優れたセラミックス材料ですが、緻密化や大型化といった点でこれまでの焼結に関する知見や経験では越えられない壁がありました。その課題に対して、新しい焼結手法を採り入れながら迅速に量産技術を確立していくことが最も苦労した点でした。

お客さまのご要望に合った組成を作ることと量産体制を整えること、2つの新たな課題をクリア
DIABLAターゲットは、ディスプレイ用のTFT以外にもさまざまな用途で活用可能
DIABLAターゲットは、ディスプレイ用のTFT以外にも
さまざまな用途で活用可能

梅本:「黒さ」「強さ」「加工のしやすさ」「反応性ガス不要」の4つの目標を達成したDIABLAターゲットの成果をIDW(International Display Workshops)で発表した結果、おかげさまでディスプレイ業界より高い評価をいただきました。その高い性能は、さまざまな用途で活かすことができます。特に、液晶、有機ELといった各種ディスプレイ用のTFTに関しては、多様な知見が蓄積できており、お問い合わせいただければ、最適なご提案ができると思います。また、ブラックマトリクスについても、膜厚を従来の数μmから100nmと1/10以下に薄くできるという大きなメリットを活かして、解像度や歩留まりを向上させることが可能です。タッチセンサーの分野でも、高い耐久性は魅力的です。さらに、イメージセンサーやTOFセンサー等の光学デバイスにも適用が期待できます。
開発の仕事は、苦労も多いですが、期待通りの結果となった時は何物にも代えがたい感動が得られますし、製品が評価され、皆さまに喜んでいただければ、悩んだ日々も報われます。お客さまのご要望にお応えすることが、お客さまとともにディスプレイの未来を切り拓くことにつながると確信しています。

DIABLAターゲットは、ディスプレイ用のTFT以外にもさまざまな用途で活用可能

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