量子ドットフィルムによってLCDの色表示が50％向上

ジョン・バン・ダーロフスケ、アート・ラスロップ

量子ドット増強フィルムによって、LCDメーカーは、量子ドットを製造工程に組み込む効率的なメカニズムを持つようになっている。

数十年の研究開発を経て、量子ドット（QD）を採用した初の液晶ディスプレイ（LCD）が市場に出てくる。QDは、分子サイズの球形半導体材料である。このようなディスプレイは、初期のLCDと比べて色表示能力は50％優れており、カラーパフォーマンスは商用有機発光ダイオード（OLED）ディスプレイと同等かそれを上回ることになる。
　LCDメーカーは、QDを自社の製造工程に組み込むために、それぞれの技術開発を行っている。米3M社のQuantum Dot Enhancement Film（3M QDEF）は、効率的で耐久性の高い構造であることが分かってきている。
　簡単に言うと、QDは色を変換する。より正確には、1個のQDが短波長の光を吸収し、より長い波長の狭スペクトル光を放射する。放出された色の波長はドットのサイズによって決まるので、放出は予測でき、調整できる。より小さなドットはより短い波長を生成し、より大きなドットはより長い波長を生成する。
　例えば、波長が約450nmの青色光子が3nmのQDを叩くと飽和緑色光を生成する。その青色光子が7nmのQDを叩くと、飽和赤色光を生成する。調整度合いは並外れており、ドットサイズを調整することで放出光は所望の波長の約1nm以内に調整できる。
　これらの緑や赤を生成するドットをLEDが放出する青色光と合成すると、三原色の狭スペクトルピークを持つ白色光が得られる。

狭スペクトルピークが重要な理由

これら3原色の狭スペクトルピークの重要性を理解するために、光がどのように生成され、LCDで応用されるかを考えてみよう。まず、今日の従来タイプLCDバックライトユニット（BLU）の光源はLEDアレイである。これらの窒化ガリウム（GaN）ベースのLEDは、一般には青色光を放出するので、LED蛍光体、通常YAG（イットリウムアルミニウムガーネット）で処理され、白色光を生成する。
　つぎに、この白色光はLCDパネルのカラーフィルタを通して光っている。このフィルタは、数千、数百万の赤、青、緑のサブピクセルからなる。これらのサブピクセルを1つ1つを透過する光を制御して個々のピクセルの色を生成させている。
　一般にBLUの白色光には、3原色の赤、青、緑の波長が集中していない。それどころか、白色光にはカラーフィルタから漏れてくる非3原色波長（オレンジ、黄など）が非常に強い。結果的に、スペクトル出力は飽和していない。従来のカラーフィルタでは、例えば、赤のサブピクセルが透過する波長帯は570nm（黄、オレンジ、赤の混合）よりも広い。この混合のためにLCDは純赤色にならない（図1）。
　一方、BLUが処理されていない（青みがかった）LEDと赤および緑のQDとを合成すると、生成される白色光のエネルギーのほとんどは3原色の赤、緑、青の波長にある。この光がカラーフィルタを透過すると、LCDが生成するピークは3原色の波長に集中しており、色彩が一層鮮やかな、より大きな色域が効率的に作れる（1）。
　その結果、QDディスプレイはより大きな色域を生み出すことができ、これは従来の白色YAG LEDで生成する色域よりも50％大きい（図2）。

色域概説

色域という用語は、色パレットを説明するために用いられている。色パレットは、標準的な、もしくは所定のディスプレイが表示する色の範囲を含む。色域は、自然現象によって生成される色の範囲を説明するためにも用いることができる。
　色域は画像やビデオのエンコーディングに関係しているので、一般に赤、緑、青の3原色を規定する。全ての他の色はこれらの3原色の混合によって創られる。1つの例として全米テレビジョン放送方式標準化委員会（NTSC）の標準がある。これは1950年代にカラーテレビ向けに定められた。現代のHDTV向けの標準はRec. 709で、これはカラーモニタ用の標準赤-緑-青（sRGB）色域である（図3）。

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出典元
https://ex-press.jp/wp-content/uploads/2014/07/8f645c296a8a58d7f7644fe02154ebb0.pdf