ディスプレイ技術の未来を勝ち取るのは誰ですか？

概要

近年、中国などはディスプレイ技術の研究・製造能力に多額の投資を行っています。一方、従来のLCD（液晶ディスプレイ）から急速に拡大するOLED（有機発光ダイオード）や新しいQLED（量子ドット発光ダイオード）まで、さまざまなディスプレイ技術シナリオが市場での優位性を競っています。トリビウムの争いの中で、テクノロジーリーダーであるAppleがiPhone XにOLEDを使用するという決定に後押しされたOLEDは、より良い位置にあるようですが、QLEDは、克服すべき技術的な障害がまだあるにもかかわらず、色品質、製造コストの削減において潜在的な利点を示していますそしてより長い寿命。

激しい競争に勝つテクノロジーはどれですか？中国の製造業者や研究機関は、ディスプレイ技術開発のためにどのように準備されていますか？中国のイノベーションを促進し、その国際競争力を促進するためにどのような政策を制定すべきか？ National Science Reviewが主催するオンラインフォーラムで、その副編集長であるDongyuan Zhaoは、中国の4人の主要な専門家と科学者に質問しました。

上昇中のOLEDチャレンジLCD

趙：ディスプレイ技術が非常に重要であることは誰もが知っています。現在、OLED、QLED、および従来のLCD技術が互いに競合しています。それらの違いと特定の利点は何ですか？ OLEDから始めましょうか。

黄： OLEDは近年非常に急速に発展しました。その特性を明確に理解したい場合は、従来のLCDと比較することをお勧めします。構造的には、LCDは主にバックライト、TFTバックプレーンとセル、またはディスプレイ用の液体セクションの3つの部分で構成されています。 LCDとは異なり、OLEDは電気で直接点灯します。したがって、バックライトは必要ありませんが、照明する場所を制御するためにTFTバックプレーンが必要です。 OLEDはバックライトがないため、本体が薄く、応答時間が長く、色のコントラストが高く、消費電力が少なくなっています。潜在的には、LCDよりもコスト面で有利な場合もあります。最大のブレークスルーは、その柔軟なディスプレイです。これは、LCDでは実現が非常に難しいようです。

遼：実際には、CRT（ブラウン管）、PDP（プラズマディスプレイパネル）、LCD、LCOS（シリコン上の液晶）、レーザーディスプレイ、LED（発光ダイオード）など、さまざまな種類のディスプレイ技術がありました。）、SED（表面伝導型電子放出ディスプレイ）、FED（フィールドエミッションディスプレイ）、OLED、QLED、マイクロLED。ディスプレイ技術の寿命の観点から、マイクロLEDとQLEDは導入段階、OLEDは成長段階、コンピューターとTVの両方のLCDは成熟段階、携帯電話のLCDは衰退段階と見なすことができます。 PDPとCRTは除去段階にあります。現在、OLEDが市場に浸透している間、LCD製品は依然としてディスプレイ市場を支配しています。黄博士が述べたように、OLEDには確かにLCDに比べていくつかの利点があります。

黄：LCDに対するOLEDの明らかな技術的利点にもかかわらず、OLEDがLCDに取って代わることは簡単ではありません。たとえば、OLEDとLCDはどちらもTFTバックプレーンを使用しますが、OLEDは電流駆動であるため、OLEDのTFTは電圧駆動LCDよりも製造がはるかに困難です。一般的に、ディスプレイ技術の大量生産の問題は、科学的問題、工学的問題、生産問題の3つのカテゴリーに分類できます。これら3種類の問題を解決する方法とサイクルは異なります。

現在、LCDは比較的成熟していますが、OLEDはまだ産業爆発の初期段階にあります。 OLEDの場合、まだまだ解決すべき緊急の問題がたくさんあります。特に、大量生産ラインのプロセスで段階的に解決する必要のある生産上の問題があります。さらに、LCDとOLEDの両方の資本しきい値は非常に高いです。何年も前のLCDの初期の開発と比較して、OLEDの進歩のペースは速くなっています。

短期的には、OLEDは大画面のLCDとほとんど競争できませんが、人々が大画面をあきらめるために使用習慣を変える可能性があるのはどうですか？

—Jun Xu

遼：いくつかのデータを補足したいと思います。コンサルティング会社のHISMarkitによると、2018年のOLED製品の世界市場価値は385億米ドルになります。しかし、2020年には670億米ドルに達し、年平均成長率は46％になります。別の予測では、OLEDがディスプレイ市場の売上の33％を占め、残りの67％が2018年のLCDによるものであると推定されています。しかし、OLEDの市場シェアは2020年には54％に達する可能性があります。

黄：ソースが異なれば予測も異なる可能性がありますが、中小規模のディスプレイ画面でのLCDに対するOLEDの利点は明らかです。スマートウォッチやスマートフォンなどの小型画面では、OLEDの普及率は約20％〜30％であり、一定の競争力を示しています。テレビなどの大型画面の場合、[LCDに対して] OLEDの進歩にはもっと時間がかかるかもしれません。

LCD FIGHTS BACK

Xu： LCDは1968年に最初に提案されました。その開発プロセスの間に、この技術は徐々にそれ自体の欠点を克服し、他の技術を打ち負かしました。その残りの欠陥は何ですか？ LCDを柔軟にするのは非常に難しいことは広く認識されています。また、LCDは発光しないため、バックライトが必要です。ディスプレイ技術のトレンドはもちろん、より軽く、より薄く（画面）に向かっています。

しかし現在、LCDは非常に成熟していて経済的です。それはOLEDをはるかに上回り、その画質とディスプレイのコントラストは遅れることはありません。現在、LCDテクノロジーの主なターゲットはヘッドマウントディスプレイ（HMD）です。つまり、ディスプレイの解像度に取り組む必要があります。さらに、OLEDは現在、中型および小型の画面にのみ適していますが、大画面はLCDに依存する必要があります。これが、業界が（LCDの）第10.5世代の生産ラインに投資し続けている理由です。

趙： LCDはOLEDまたはQLEDに置き換えられると思いますか？

Xu： の影響を強く受けていますフレキシブルディスプレイ, we also need to analyse the insufficiency of OLED. With lighting material being organic, its display life might be shorter. LCD can easily be used for 100 000 hours. The other defense effort by LCD is to develop flexible screen to counterattack the flexible display of OLED. But it is true that big worries exist in LCD industry.

LCD業界は、他の（反撃）戦略を試すこともできます。大画面で有利ですが、6、7年後はどうでしょうか。短期的には、OLEDは大画面のLCDとほとんど競争できませんが、人々が大画面をあきらめるために使用習慣を変える可能性があるのはどうですか？人々はテレビを見ることができず、ポータブルスクリーンしか持っていません。

市場調査機関CCID（中国情報産業開発センター）で働く一部の専門家は、5〜6年以内にOLEDが中小規模の画面に非常に影響を与えると予測しました。同様に、BOE Technologyのトップエグゼクティブは、5〜6年後、OLEDは小さいサイズのLCDに対抗するか、それを上回ると述べましたが、LCDに追いつくには、10〜15年かかる可能性があります。

MICROLEDがもう1つのライバルテクノロジーとして登場

Xu： LCDに加えて、マイクロLED（マイクロ発光ダイオードディスプレイ）は長年進化してきましたが、アップルが米国を拠点とするマイクロLEDの開発者であるLuxVue Technologyを買収した2014年5月まで、ディスプレイオプションに対する人々の真の注目は高まりませんでした。マイクロLEDは、バッテリーの寿命と画面の明るさを改善するためにウェアラブルデジタルデバイスで使用されることが期待されています。

マイクロLEDは、mLEDまたはμLEDとも呼ばれ、新しいディスプレイ技術です。いわゆる物質移動技術を使用して、マイクロLEDディスプレイは、個々のピクセル要素を形成する微細なLEDのアレイで構成されます。それはより良いコントラスト、応答時間、非常に高い解像度とエネルギー効率を提供することができます。 OLEDと比較して、軽量化効率が高く、寿命が長いですが、フレキシブルディスプレイはOLEDより劣っています。 LCDと比較して、Micro LEDはコントラスト、応答時間、エネルギー効率が優れています。ウェアラブル、AR / VR、オートディスプレイ、ミニプロジェクターに適していると広く考えられています。

ただし、Micro LEDには、エピタキシー、物質移動、駆動回路、完全な色付け、および監視と修復において、依然としていくつかの技術的なボトルネックがあります。また、製造コストも非常に高くなります。短期的には、従来のLCDと競合することはできません。しかし、LCDやOLEDに続く新世代のディスプレイ技術として、マイクロLEDは幅広い注目を集めており、今後3〜5年で急速に商品化されるはずです。

量子ドットが競争に参加

鵬：それは量子ドットになります。まず、今日市場に出回っているQLED TVは、誤解を招く概念です。量子ドットは半導体ナノ結晶の一種であり、いわゆる量子閉じ込め効果により、発光波長を連続的に調整することができます。無機結晶であるため、ディスプレイデバイスの量子ドットは非常に安定しています。また、単結晶の性質により、量子ドットの発光色は非常に純粋である可能性があり、これがディスプレイデバイスの色品質を決定します。

興味深いことに、発光材料としての量子ドットは、OLEDとLCDの両方に関連しています。市場に出回っているいわゆるQLEDTVは、実際には量子ドットで強化されたLCD TVであり、量子ドットを使用してLCDのバックライトユニットの緑と赤の蛍光体を置き換えます。そうすることで、LCDディスプレイは、色の純度、画質、および潜在的にエネルギー消費を大幅に改善します。これらの強化されたLCDディスプレイの量子ドットの動作メカニズムは、それらのフォトルミネッセンスです。

OLEDとの関係から、量子ドット発光ダイオード（QLED）は、ある意味で、OLEDの有機発光材料を置き換えることでエレクトロルミネッセンスデバイスと見なすことができます。 QLEDとOLEDの構造はほぼ同じですが、顕著な違いもあります。量子ドットバックライトユニットを備えたLCDと同様に、QLEDの色域はOLEDよりもはるかに広く、OLEDよりも安定しています。

OLEDとQLEDのもう1つの大きな違いは、その製造技術です。 OLEDは、高解像度マスクを使用した真空蒸着と呼ばれる高精度技術に依存しています。無機ナノ結晶としての量子ドットは気化が非常に難しいため、この方法でQLEDを製造することはできません。 QLEDが商業的に生産されている場合は、ソリューションベースのテクノロジーで印刷および処理する必要があります。現在のプリンテッドエレクトロニクスは真空ベースの技術よりもはるかに精度が低いため、これは弱点と見なすことができます。ただし、製造上の問題が克服されれば、OLEDに適用される真空ベースの技術よりもはるかに低コストであるため、ソリューションベースの処理も利点と見なすことができます。 TFTを考慮しない場合、OLED生産ラインへの投資には数百億元の費用がかかることがよくありますが、QLEDへの投資はわずか90〜95％少なくなる可能性があります。

印刷技術の解像度が比較的低いことを考えると、QLEDは数年以内に300 PPI（ピクセル/インチ）を超える解像度に到達することは困難です。したがって、QLEDは現在、小型ディスプレイには適用されていない可能性があり、その可能性は中型から大型のディスプレイになるでしょう。

趙：量子ドットは無機ナノ結晶です。つまり、安定性と機能のために有機配位子で不動態化する必要があります。この問題を解決する方法は？第二に、量子ドットの商業生産は工業規模に達することができますか？

鵬：良い質問です。量子ドットの配位子化学は、過去2〜3年で急速に発展しました。無機ナノ結晶のコロイド安定性は解決されたと言えます。 2016年に、1グラムの量子ドットを1ミリリットルの有機溶液に安定して分散させることができると報告しました。これは印刷技術には確かに十分です。 2番目の質問については、いくつかの企業が量子ドットを大量生産することができました。現在、これらの生産量はすべて、LCD用のバックライトユニットの製造用に構築されています。 2017年のSamsungのすべてのハイエンドTVは、量子ドットバックライトユニットを備えたすべてのLCDTVであると考えられています。さらに、米国のNanosysは、LCDTV用の量子ドットも製造しています。中国の杭州にあるNajingTechは、中国のテレビメーカーをサポートするための生産能力を実証しています。私の知る限り、NajingTechは、量子ドットバックライトユニットを備えたカラーテレビの年間1,000万台の生産ラインを確立しています。

中国の現在の需要は、外国企業から完全に満たすことができません。国内市場の需要にも応える必要があります。そのため、中国はOLEDの生産能力を開発する必要があります。

—梁生遼

ディスプレイ市場における中国のライバル

趙：韓国企業はOLEDに莫大なリソースを投資してきました。どうして？中国は彼らの経験から何を学ぶことができますか？

黄： OLED市場で韓国をリードするサムスンについての私の理解に基づくと、当初は先見の明があったとは言えません。サムスンは2003年頃からAMOLED（ディスプレイ業界で使用されるOLEDの主要なタイプであるアクティブマトリックス有機発光ダイオード）への投資を開始し、2007年まで大量生産を実現しませんでした。OLEDの生産は2010年に黒字に達しました。、サムスンは徐々に市場独占状態を確保しました。

したがって、元々、OLEDはSamsungのいくつかの代替技術経路の1つにすぎませんでした。しかし、段階的に市場で有利な地位を獲得し、生産能力を拡大することで維持する傾向がありました。

もう一つの理由は、顧客の要求です。 Appleは、Samsungとの特許紛争など、さまざまな理由により、OLEDの使用を数年間控えてきました。しかし、AppleがiPhone XにOLEDを使い始めた後、それは業界全体に大きな影響を及ぼしました。だから今サムスンはフィールドへの蓄積された投資を収穫し始め、容量をさらに拡大し始めました。

また、Samsungは製品チェーンの開発にかなりの時間と労力を費やしてきました。 20年または30年前、日本はディスプレイ製品の最も完全な製品チェーンを所有していました。しかし、サムスンは当時この分野に参入して以来、上流と下流の韓国企業を育成するために多大なエネルギーを費やしてきました。現在、大韓民国（ROK）のメーカーが市場で大きなシェアを占め始めています。

遼： SamsungやLG Electronicsを含む韓国のメーカーは、中型および小型のOLEDパネルの世界的な供給の90％を管理しています。 Appleが携帯電話製品用にSamsungからOLEDパネルを購入し始めて以来、中国に出荷するパネルはこれ以上ありませんでした。したがって、中国の現在の需要は外国企業から完全に満たされることはできません。一方、中国は携帯電話の市場が大きいため、国内での需要に応える必要があります。そのため、中国はOLEDの生産能力を開発する必要があります。

黄：中国のLCD製造の重要性は今や世界的に高くなっています。 LCD開発の初期段階と比較して、OLEDにおける中国の地位は劇的に改善されました。 LCDを開発する際、中国は導入-吸収-革新のパターンを採用しています。現在、OLEDの場合、独立したイノベーションの割合がはるかに高くなっています。

私たちの利点はどこにありますか？ 1つ目は、大きな市場と（国内の）顧客の要求に対する私たちの理解です。

それからそれは人材の規模です。 1つの大きな工場で数千人の雇用が創出され、数千人の労働者を含む生産チェーン全体が動員されます。これらのエンジニアと熟練労働者を供給するという要件は、中国で満たすことができます。

3番目の利点は国の支援です。政府は多大な支援を提供しており、メーカーの技術力は向上しています。中国のメーカーはOLEDに大きな進歩を遂げると思います。

サムスンとLGが長年この分野を支配してきた韓国に勝るとは言えませんが、OLEDの材料と部品の開発において多くの重要な進歩を遂げました。また、プロセス技術と設計にも高度な革新があります。 Visionox、BOE、EDO、Tianmaなど、かなりの技術的埋蔵量を所有しているいくつかの主要なメーカーがすでにあります。

中国がQLEDを支配する可能性はありますか？

趙： QLEDにおける中国の独立した革新または比較技術的利点は何ですか？

鵬：前述のように、量子ドットを表示に適用する方法は2つあります。つまり、バックライトでのフォトルミネッセンスです。

QLEDの場合、技術開発の3つの段階（科学の問題から工学、そして最終的には大量生産まで）が同時に混ざり合っています。競争に勝ちたいのであれば、3つの側面すべてに投資する必要があります。

—シャオガンペン

LCDおよびQLEDのエレクトロルミネッセンス用ユニット。フォトルミネッセンスアプリケーションの場合、重要なのは量子ドット材料です。中国は量子ドット材料において顕著な利点を持っています。

私が中国に戻った後、NajingTech（Pengによって共同設立された）は、米国政府の許可を得て、米国で私が発明したすべての主要な特許を購入しました。これらの特許は、量子ドットの基本的な合成および処理技術を対象としています。 NajingTechはすでに量子ドットの大規模生産のための能力を確立しています。比較すると、サムスンに代表される韓国は、ディスプレイ業界のあらゆる面で現在のリーディングカンパニーであり、量子ドットディスプレイの商業化において大きな利点を提供しています。 2016年後半、SamsungはQD Vision（米国を拠点とする主要な量子ドット技術開発者）を買収しました。さらに、サムスンは量子ドット関連の特許の購入と技術の開発に多額の投資を行ってきました。

現在、中国はエレクトロルミネッセンスで国際的にリードしています。実際、 Natureの出版物でした。しかし、エレクトロルミネッセンスに関する国際コンペティションの最終優勝者は誰になるのかは不明です。量子ドット技術への中国の投資は、米国と韓国に大きく遅れをとっています。基本的に、量子ドットの研究はその歴史の大部分が米国に集中しており、韓国のプレーヤーもこの方向に多額の投資を行ってきました。

エレクトロルミネッセンスの場合、OLEDと長期間共存する可能性が非常に高くなります。これは、小さな画面では、QLEDの解像度が印刷技術によって制限されるためです。

趙：価格や大量生産において、QLEDはOLEDよりも有利だと思いますか？ LCDより安いのでしょうか？

鵬：エレクトロルミネッセンスが印刷でうまく達成できれば、OLEDの約1/10のコストで、はるかに安くなります。中国のNajingTechやBOEのようなメーカーは、量子ドットを使用した印刷ディスプレイを実証しています。現在、QLEDは、小型画面での市場を考えると、OLEDと直接競合することはありません。少し前に、黄博士は、科学の問題から工学、そして最終的には大量生産まで、技術開発の3つの段階について言及しました。 QLEDの場合、3つのステージが同時に混ざり合っています。競争に勝ちたいのであれば、3つの側面すべてに投資する必要があります。

黄：過去にOLEDをLCDと比較したとき、高色域、高コントラスト、高応答速度など、OLEDの多くの利点が強調されました。しかし、上記の利点は、消費者に代替品を選択させる圧倒的な優位性になるのは難しいでしょう。

フレキシブルディスプレイが最終的にはキラーアドバンテージをもたらす可能性があるようです。 QLEDも同様の状況に直面すると思います。 OLEDやLCDと比較した場合の本当の利点は何ですか？ QLEDの場合、小さな画面で利点を見つけるのは困難だったようです。鵬博士は、その利点は中型の画面にあると示唆していますが、その独自性は何ですか？

鵬： QLEDの2つのタイプの重要な利点は上で説明されています。 1つは、QLEDはソリューションベースの印刷技術に基づいており、低コストで高歩留まりです。 2つの量子ドットエミッターは、広い色域、高い画質、優れたデバイス寿命を備えたQLEDを提供します。中型の画面は今後のQLEDテクノロジーにとって最も簡単ですが、大画面用のQLEDはおそらくその後の合理的な拡張です。

黄：しかし、これにもっとお金を払う必要がある場合、顧客はより広い色の範囲だけを受け入れることができないかもしれません。 QLEDは、新しくリリースされたBT2020（高解像度4 K TVの定義）などの色基準の変更や、他のテクノロジーでは満たすことができない新しい独自のアプリケーションを検討することをお勧めします。 QLEDの未来は、印刷技術の成熟度にも依存しているようです。

鵬： BT2020は広い色域を意味するため、新しい標準（BT2020）は確かにQLEDに役立ちます。今日議論されている技術の中で、どちらの形式の量子ドットディスプレイも、光学補償なしでBT2020を満たすことができる唯一の技術です。さらに、研究によると、ディスプレイの画質は色域と非常に関連していることがわかりました。印刷技術の成熟度がQLEDの開発に重要な役割を果たしているのは正しいことです。現在の印刷技術は中型画面に対応しており、大画面にも問題なく拡張できるはずです。

ディスプレイ技術を促進するための研究および訓練システムの改革

Xu： QLEDが主要なテクノロジーになるためには、まだ難しいです。その開発プロセスでは、OLEDが先行し、他の競合するテクノロジーがそれに続きます。 QLEDの基礎特許とコアテクノロジーを所有することであなたは良い立場に立つことができますが、コアテクノロジーだけを保持することはあなたが主流のテクノロジーになることを保証することはできません。結局のところ、このような主要技術への政府の投資は業界に比べて少なく、QLEDが主流の技術になることを決定することはできません。

鵬：国内産業部門はこれらの将来の技術に投資し始めました。たとえば、NajingTechは主にエレクトロルミネッセンスに約4億元（6500万ドル）をQLEDに投資しました。この分野に投資した国内の主要なプレーヤーが何人かいます。はい、これでは十分とは言えません。たとえば、印刷技術の研究開発に投資している国内企業はほとんどありません。私たちの印刷機器は、主に米国、ヨーロッパ、日本のプレーヤーによって作られています。これは中国（印刷技術の開発）にとってもチャンスだと思います。

Xu： 私たちの業界は、大学や研究機関と協力してカーネルの革新的な技術を開発したいと考えています。現在、彼らは輸入機器に大きく依存しています。より強力な産学連携は、いくつかの問題の解決に役立つはずです。

遼：カーネル技術が不足しているため、中国のOLEDパネルメーカーは市場競争力を向上させるために投資に大きく依存しています。しかし、これはOLED業界への過熱投資を引き起こす可能性があります。近年、中国はすでにかなりの数の新しいOLED生産ラインを輸入しており、総コストは約4,500億元（715億米ドル）です。

LCDに対するOLEDの多くの利点が強調されました。たとえば、高色域、高コントラスト、高応答速度などです。フレキシブルディスプレイが最終的にはキラーアドバンテージをもたらす可能性があるようです。

—Xiuqi Huang

人材不足は、国内での業界の急速な拡大に影響を与えるもう一つの問題かもしれません。たとえば、BOEだけでも、昨年は1000人以上の新しいエンジニアが必要です。しかし、国内の大学は、現在、特別に訓練されたOLED労働力に対するこの要件を確かに満たすことができません。大きな問題は、トレーニングが業界の要求に従ってではなく、周囲の学術論文に従って実施されていることです。

黄：韓国での人材育成は大きく異なります。韓国では、大学や研究機関で大企業とほぼ同じことをしている博士課程の学生が多く、入社後すぐに始められるようになっています。一方、大学や研究機関の教授の多くは大企業での実務経験があり、大学は産業界の需要をよりよく理解することができます。

遼：しかし、中国の研究者が優先的に論文を追求することは、業界の需要とは切り離されています。有機オプトエレクトロニクスに取り組んでいる（大学の）大多数の人々は、QLED、有機太陽電池、ペロブスカイト太陽電池、薄膜トランジスタの分野に興味を持っています。これらは流行の分野であり、研究論文を発表する機会が多いからです。一方、国内版の機器の開発など、業界の問題を解決するために不可欠な多くの研究は、紙の出版にはそれほど不可欠ではないため、教職員や学生はそれらから脱却します。

Xu： それは理解できます。学生は、卒業するために論文を発表する必要があるため、アプリケーションにあまり取り組みたくありません。大学も短期的な研究成果を求めています。考えられる解決策は、専門家とリソースが双方から相互に移動するための産学共有プラットフォームを設定することです。学者は真に独創的な基礎研究を開発する必要があります。産業界は、そのような独自の革新的な研究を所有する教授と協力したいと考えています。

趙：今日、本当に良い観察、議論、提案があります。産学研究のコラボレーションは、中国のディスプレイ技術の将来にとって非常に重要です。私たちは皆、これに一生懸命取り組むべきです。

投稿時間：2021年3月22日