ナノクリスタルディスプレイ

マサチューセッツ州ウォータータウンの最高技術責任者であるSethCoe-Sullivanは、QD Visionを立ち上げ、ワニ口クリップを携帯電話の画面サイズの透明なウェーハの2つのエッジに固定し、スイッチを切り替えます。ウェーハの中心を埋める長方形が突然回転します。反射銀からかすかな赤まで。実験室の作業員は、効果を高めるために部屋の照明を消しますが、これは必須ではありません。 Coe-Sullivanがノブを回すと、デバイスがきらきらと輝き始めます。

Coe-Sullivanは、プロトタイプの量子ドットディスプレイを保持しています。このようなディスプレイは非常に純粋な色を発し、最終的には従来の画面と競合するようにスケールアップすることができます。 （写真提供者：Porter Gifford）

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このストーリーは2006年5月号の一部でした

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これはQDVisionの最初のディスプレイであり、Coe-Sullivanが今日の高解像度テレビで使用されているものに取って代わることを望んでいるテクノロジー用の単色の32 x64ピクセルのテストベッドです。薄くて柔軟性のある次世代ディスプレイは、太陽光の下でも見やすく、現在のラップトップよりも消費電力が少ないと彼は言います。また、現在のディスプレイよりも多くの可視カラースペクトルをカバーし、今日のフラットスクリーンディスプレイが比較するとくすんで見えてしまうような高コントラストの画像を生成します。

その中心にあるのは、量子ドットと呼ばれるナノ粒子、ナノスケールの半導体結晶です。粒子のサイズを変更することで、研究者は粒子が発する色を変更できます。たとえば、直径6ナノメートルの粒子は赤く光り、同じ材料で幅が2ナノメートルしかない別の粒子は青く光ります。

これらの粒子が実際に輝くのは、それらが発する色の純度です。ディスプレイは、わずか3つのパレットから数百万色を作成します。各ピクセルは赤、緑、青のサブピクセルで構成され、相対的な強度を変えると、ピクセルの見かけの色が変わります。新しい種類のディスプレイであるLCDや有機発光デバイス（OLED）では、サブピクセルの色は不純です。たとえば、赤は主に赤色光でできていますが、他の色も少量含まれています。ただし、量子ドットの場合、赤のサブピクセルは赤のみを放出します。

この純度は、量子ドットベースのディスプレイが、LCD、OLED、さらにはかさばるブラウン管（CRT）よりも彩度の高い色を持っていることを意味します。これらは、優れた演色性で今でも高く評価されています。さらに、Coe-Sullivan氏によると、量子ドットディスプレイで可能な色の範囲は、CRTよりも30％大きくなっています。画面に表示できる緑の深さ、および青緑の深さなどを増やしています。セテラ。実際には、LCD、OLED、またはCRTで見られる色とは異なります。

おそらく、量子ドットLED（QD-LED）で最もエキサイティングなのは、LCDよりもはるかに少ない電力を使用することです。 LCDでは、バックライトが画面上のすべてのピクセルを照らします。暗いピクセルは単にこの光を遮っており、事実上エネルギーを浪費しています。量子ドットはそれをフィルタリングするのではなく発光するため、QD-LEDディスプレイはLCDの30分の1の電力を使用する可能性があります。

また、MITのOLEDディスプレイの専門家であるVladimir Bulovic氏によると、バックライトがないことには別の利点があります。 LCDでは、暗いピクセルは光を完全に遮断しないため、Bulovic氏は、LCDの黒いピクセルは実際にはダークグレーであると言います。一方、量子ドットの場合、黒いピクセルは発光しません。写真をくっきりさせて、あなたに本当に飛び出すのは、黒が本当に、本当に暗いということです、と彼は言います。

この輝く緑のもののビーカー
ディスプレイに量子ドットを使用するという考えは新しいものではありません。 1990年代初頭、現在MITの化学教授でQDVisionの科学顧問であるMoungiBawendiなどの化学者が、正確で均一な量子ドットを形成するための技術を完成させていたとき、QD-LEDを作ろうとしたが、薄暗い非効率的なデバイスしか製造しなかった。単一の光子を放出するために量子ドットを誘導するのに約10万個の電子が必要でした。対照的に、Coe-SullivanのQD-LEDは、光子あたり約50個の電子しか必要としません。

この進歩を達成するには、適切な人々が適切なタイミングで集まる必要がありました。それは2000年に、コーサリバンが大学院生としてMITに来て、数週間前に到着したバウェンディと真新しいMIT電気工学教授であるウラジミールブロビッチに会ったときに起こりました。

QD Visionのラボのドアのすぐ内側には、最近形成された量子ドットのソリューションである、泡立つ赤い液体が入ったフラスコの列があります。最初の効率的なQD-LEDディスプレイにつながったコラボレーションは、BulovicがMITを訪れたときに、Bawendiの共同研究者の1人の研究室で同様のシーンに出くわした後に始まりました。

Bulovicは、MITでこの輝く緑色のもののビーカーに遭遇する前は、量子ドットについて聞いたことがなかったと言います。 Coe-Sullivanは、OLED製造のトリックに関するBulovicの知識と、Bawendiの量子ドットの専門知識を借りて、仲間の学生であるJonathanSteckelとWing-KeungWooの助けを借りました。

しかし、これらすべての専門知識があっても、デバイスを可能にしたブレークスルーは、部分的に偶然に発生しました。研究者たちは、量子ドットがフィルム全体に均一に分散することを期待して、量子ドットを有機分子の溶液に混合し、スピンキャスティングと呼ばれるプロセスを使用してその混合物を薄膜に広げました。結局のところ、量子ドットはフィルムの表面に浮かび上がり、わずか1ドットの厚さの整然とした均一な層に組み立てられました。これは、研究者が意図したものよりも効率的であることが判明しました。

この量子ドットの層は、電極と電荷輸送層の間に挟まれた多層単色QD-LEDのコアになりました。 Coe-Sullivanは、Bulovicおよび事業開発ディレクターのGreg Moellerとともに、このシンプルなデバイスから収益性の高い製造が可能なフルカラーディスプレイに移行するために、2004年にQDVisionを設立しました。

主要なステップは、ピクセルの配列を配置することでした。 QD Visionで、Coe-Sullivanは、作業用ディスプレイに必要な交互の3色の長方形グリッドに量子ドットを分散させる独自のプロセスの一部を隠すために慎重にブロックされたガラスフロントキャビネットを指しています。 Coe-Sullivanが言うこの技術は、比較的安価な製造につながるはずであり、現在のディスプレイの典型的なピクセルよりも小さいピクセルのパターンを生成しています。

Coe-Sullivan氏は、QD VisionはOLEDテクノロジーから、ディスプレイの重要なコンポーネントの1つである、ピクセルを制御する背面を借りることができるはずだと述べています。現在、同社はデバイスの効率の向上に注力しており、携帯電話のディスプレイとは競合しますが、それでも改善される可能性があります。

全体として、Coe-Sullivan氏は、同社が最初の商用製品（おそらく携帯電話用の小型ディスプレイ）を発売するまでに約4年かかると予想していると述べています。しかし、彼はカラフルな画像は待つ価値があるだろうと言います。

ホームページの画像はPorterGiffordの厚意により提供されました。

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