次のテレビに量子ドットを詰め込むことができる(そしてすべきである)理由

OLEDテレビが今日の市場で最高品質のHDTV画像を生成することは周知の事実です。また、OLEDセットが従来のLEDに比べてばかげて、卑劣なほど高価であることも周知の事実です。しかし、現在の価格の何分の1かでOLED品質の画像を生成する方法があったとしたらどうでしょうか。ああ、あります。

それらは量子ドットと呼ばれます:光を吸収し、異なる、非常に特定の波長でそれを再放出するナノスケールの結晶。それらは基本的にOLEDセットの炭化水素半導体が行うことを行います が、すべての派手な有機化学はありません。それらは、色あせすることのないプラズマ品質の彩度、コントラストが向上した明るいパネル、およびより広い色域を作成するための鍵を握ることができます。これらはすべて、今日のLCDセットをはるかに超えるものではありません。

CESのおかげでクレイジーな新しいテレビが1週間続いたので、従来のテクノロジーに関するいくつかの基本を確認しましょう。通常のLED-LCD(以降、単に「LCDセット」と呼びます)は、実際には非常に単純なデバイスであり、3つの基本コンポーネントで構成されています。白いバックライト、ピクセル(それぞれが3つの色付きサブピクセルに分割されています:赤、緑、青)、およびLCDシャッター(ベネチアンブラインドの小さなセットのように機能し、個々のサブピクセルを開閉してさまざまな色合いを作成します)。バックライトが画面上の各ピクセルを照らして色付きのドットを生成します。これらの色付きのドットが一緒になって、表示される画像を生成します。そのドットの色は、LCDシャッターの位置によって異なります。

つまり、LCDシャッターがピクセルの赤と緑のサブピクセル上で閉じると、光は青になります。LCDシャッターが緑のサブピクセル上でのみ閉じる場合、光は紫になります(青と赤の光の組み合わせ)。シャッターが3つすべてを閉じると、黒になります。完全に開いたままにすると、白色光になります。したがって、光の量と露出したサブピクセルの組み合わせを混合することにより、最新のHDTVは、ソニーの新しい超薄型4k TVの ように、数百万から数百万の異なる色合いを生成できます。

ただし、このプロセスは決して理想的ではありません。一つには、それは非常にエネルギー集約的です。バックライトが実際にオフになることはなく、LCDシャッターによってブロックされるだけです。さらに、バックライトは画面の背面に固定するための全体的なサポート構造を必要とするため、テレビの重量、厚さ、および製造コストが増加します。OLEDは、このバックライトや関連するサポート構造を必要としません。そのため、OLEDの厚さはわずか数ミリメートルで、曲面スクリーンを提供できます。しかし、最も重要なことは、「白い」バックライトは実際には白い光ではないということです。それは黄色の蛍光体でコーティングされた青いダイオードで、かなり薄汚い光源光を生成します。また、バックライトの色温度がオフの場合、画面上の画像の色精度に影響します。

量子ドット(QD)は、LCDディスプレイシステムの残りの部分をそのままにして、より良いバックライトを効果的に作成することにより、色温度の問題に対処します。QDテクノロジーは、1990年代半ばに、新しい形式の赤外線イメージングデバイスとして最初に始まりました。テレビメーカーがディスプレイにこのテクノロジーを使用するというアイデアに熱心に取り組んだのは、2000年代初頭のことでした。

左:発光バイアルは、QDサイズによって色が異なることを示しています。右:電子顕微鏡によるテトラポッド量子ドット。(PRNewsFoto / Quantum Materials Corporation)

量子ドットは、実際には非常に魅力的なエンジニアリングです。各ドットはセレン化カドミウムから作られた半導体ナノ結晶であり、それが生成する色は、化学的な構成ではなく、結晶の特定のサイズに完全に依存します(上の画像を参照)。本当にクールなのは、生成される色は結晶の物理的特性によって決定されるため、色が変わることは決してないということです。上の画像の4.2nmの量子ドットは、白色の光源を着色していないため、明日と明日から20年後にまったく同じ色合いの赤を生成します。量子ドットは、アクティブ化されたときにその波長の赤色光のみを生成します。

テレビ画面の場合、量子ドットはOLEDシートと同じように生成されます。つまり、量子ドットは2層の有機半導体材料の間に挟まれています。サンドイッチの片側に電圧が印加されると、電子が移動して量子ドット層内のそれぞれの穴を埋め、そうすることで光子を生成します。

コンポーネントレベルでは、量子ドット技術を使用したディスプレイパネルは一連のチューブです(編集:yisssssss!)。光源光は、赤と緑の両方の量子ドットで満たされた短いチューブを通過するコーティングされていない青色LEDによって生成されます。光がドットを活性化すると、それらは蛍光を発し、青色の光源光と結合して純粋な白色光を生成する赤と緑の光を生成します。この白色光は、前述のように、LCDセットの残りの部分の標準バックライトとして機能します。

ええ、ほとんど。しかし、これは3Dのような 安価な仕掛けだけではありません。QDテクノロジーは、従来のLCDバックライトやOLEDスクリーンに比べて多くの利点を提供します。

まず、QD照明付きスクリーンは、OLEDのように動作するため、従来のバックライトよりもはるかにエネルギー効率が高くなります。つまり、常時オンのバックライトはなく、QDで点灯する各ピクセルは実際に必要なときにのみオンになります。これにより、同じサイズのLCD画面を照らすのに必要なエネルギーが50%も節約され、50〜100倍明るくなり、利用可能な色域 (画面が生成できる理論上の色の総数)が最大30%拡大されます。これは現在のOLED技術と同等です。

QDは、特に製造に関して、OLEDに比べていくつかの利点もあります。QDは有機炭化水素鎖ではなく無機結晶構造に基づいているため、QDコンポーネントが時間の経過とともに劣化する可能性はほとんどありません。また、OLEDコンポーネントよりも湿度や酸化の影響を受けにくいです。さらに、セレン化カドミウムは水溶液と非水溶液の両方に溶解するため、非常に薄いフレキシブルスクリーン 、発光性の壁や天井のパネルなど、さまざまなポリマー材料に簡単に印刷できます(つまり、ライトを使用する必要はありません)。電球、あなたの天井全体がいつかスイッチのフリックで点灯するかもしれません)そして発光ディスプレイ(画面はそれ自身のバックライトです)。また、これは既存のディスプレイシステムの単一のコンポーネントであり、ピクセルを生成するまったく新しい手段ではないため、QDテクノロジーは、OLEDシートの製造コストよりもはるかに少ないコストでパネルに統合できます。

しかし、それでも、それはただのちっぽけなバックライトですよね?光源の色温度をクリーンアップするだけで、どれだけ優れた画像を生成できるでしょうか。天文学的な値札がなくても、OLEDと同じくらい大きな違いがあります。

リード画像:フランクLジュニア

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