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量子ドットマイクロ LED

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からの CRT 型のテレビは、蛍光スクリーンに電子ビームを当てて、励起させて画像を作る手法でした。真空管中にある電子銃から電子を加速させ、制御させ当てる方式であり、1つの蛍光体のピクセルから R(Red)、G(Green)、B(Blue)の3原色を放出するように設計されたものです。その後、液晶ディスプレイや、プラズマディスプレイが出現しました。また、低コスト化や、性能向上の努力により、プラズマディスプレイも淘汰され、液晶ディスプレイが、次第に市場を独占する状態となりました。しかしながら、液晶ディスプレイは反応速度が遅いことや、変換効率、色飽和度の低さなどの問題点が常に指摘されてており、最近では、Organic Light Emitting Diode(OLED)ディスプレイや、Light Emitting Diode(LED)が開発され、実用化されています。OLED は、液晶ディスプレイと比較して、自己発光が可能、広視野、高コントラスト、早い応答速度、低エネルギ―での使用が可能、電力消費が抑えられるなどの優位点がありますが、その一方で、量産が難しい、材料が高いなどの課題もあります。LEDベースのディスプレイは、前述の優位点を生かし、主に屋外用スクリーンなどに用いられています。特に、LEDに関しては、望まれる解像度にさらに近づけるために、より小さいミニ LED や、マイクロ LED などの研究開発が進んできておりますが、それには 200μm 以下のチップの大きさのものが必要となってきいます。また、さらに小さな 100μm以下のマイクロLED の研究開発も進められてはいますが、現段階ではまだ研究室レベルにとどまっています

イクロ LED は、ウェアラブル時計、携帯電話、スマートフォン、車のヘッドアップ型ディスプレイ、マイクロプロジェクタ、高品質テレビなどへの応用が検討されています。また、マイクロ LED は、フレキシブルディスプレイにも使用できるので、OLED よりも高いコントラスト、高輝度、高寿命、低消費電力などの特徴により、OLED の性能を超える可能性も有しています。しかしながらマイクロ LED には、まだ大量生産レベルでの、転写印刷手法、ディスプレイ用途のために全色を表現する必要があるなど、いくつかの技術的課題があります。

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RGB 全色ディスプレイの原理として、ひとつには 3つの原色を組み合わせることにより全色を作る方法があり、もうひとつには、RGB の LED それぞれに、異なった電流をかけて RGB の強度を制御する方法があります。また、紫外線や青い LEDなどの光源を用いて、光(フォトン)励起により、色を変換するという方法もあります。この手法に用いられる色変換材料には、蛍光体や量子ドットなどがあります。

光体は、励起光に対して、特定の波長の発光をすることができ、それぞれの蛍光体が、それぞれの蛍光波長を有します。合成も比較的簡易であり、LED を基盤回路に設置した後に、スピンコートやパルススプレーコーティング等の手法により、LED に蛍光体を蒸着するような方法なので、色変換材料として使用するのも比較的に容易です。しかしながら、蛍光体そのものが励起光エネルギーを吸収して、変換効率が低下するなどの問題点もあります。また蛍光体は、1~10μmの大きさにおいて、蛍光効果を発揮しますが、マイクロ LED ピクセルの小サイズ化は、どんどん小さい方への要求が高くなっていますので、1~10μmという大きさは、これに比べると大きく、表面も不均一などになり、効率が低下するなどの問題点があります。このような欠点を補うために、量子ドットを用いたマイクロ LED が注目されており、良好なマイクロ LED を作ることができる材料は、量子ドットだけだと言われています。

子ドットは、量子収率が高い、サイズに依存した発光波長を示す、半値幅が狭いなどの特徴を持っており、UVマイクロ LED と、RGB の発光を持つ量子ドットを組み合わせたりすることにより、aerosol jet(AJ)技術を用いて、全色を画像化できる、マイクロ LED の研究開発も進められています。