商業的マインドセットによる化学
Mar 7, 2022
5 min read
SmartKem社のチーフ・サイエンティストが、スケーリング材料、有機半導体、量子ドットについて語る。
作：ローラ・ビーストン
イラスト：アラン・マティアス
ビバリー・ブラウン博士はプリンタブル・エレクトロニクスの究極のプロである。20年以上前の設立当初からこの分野に携わってきた彼女は、有機半導体技術（ディスプレイ技術の原動力となる化学）の世界的第一人者である。
材料科学者として幅広いキャリアを持つブラウン博士は、グラスゴー大学で有機合成化学の博士号を取得し、インペリアル・ケミカル・インダストリ社のニュー・サイエンス・リサーチ・グループに18年間在籍、ゼネカ社や国立プロセス・イノベーション・センター（CPI）に勤務した後、2014年にスマートケムに入社した。
1999年以来、有機エレクトロニクスに携わるチーフ・サイエンティストは、材料性能の大幅な向上を目の当たりにしてきたと語る。
今日の）重要な課題は、私たちが開発した素材セットを業界に浸透させることです」。
ブラウン博士と彼女のチームは、有機薄膜トランジスタ（OTFT）やミニLED（約0.1ミリメートル）に電力を供給する化学に取り組んでおり、画像のコントラストを高めるためにセグメント化されたバックライト・ユニット内のLED光量を局所的に制御するフルアレイ・ローカル・ディミング（FALD）プロセスの開発にも貢献した。
SmartKemは現在、16の特許ファミリー、122の特許を取得し、30の特許を出願中である。
テレビやノートパソコンの液晶ディスプレイを見ていると、明るくカラフルなピクセルをよく見かけるが、ピクセルを駆動する適切なエレクトロニクスがなければ、ピクセルは光らず、幻想的な色彩を生み出すことはできない。
ブラウン博士に言わせれば、"セクシーなのは演色性だ"。
ディスプレイの一番後ろに、彼女の作品とSmartKemの有機化学物質が、画像を生成する赤、緑、青のピクセルを駆動する数万ミクロンサイズの有機電界効果トランジスタとして製造されている。
「OLEDディスプレイであれ、LCDディスプレイであれ、画像を生成するためにトランジスタのバックプレーンを必要とします。このような目に見えない "バックルーム "の発明がなければ、ディスプレイ前面の高解像度、高コントラストの画像は得られない。
バックライトを暗くすることで、エンドユーザーにとっての画像は非常に素晴らしいものになる。"色の明るさが格段に向上し、コントラスト比が非常に高く、液晶ディスプレイ（LCD）のような非常に古い技術に新たな息吹が吹き込まれ、より高価なOLEDテレビに対抗できるようになります"
能動的な有機半導体成分とそれに付随する受動的な中間層化学のすべてを開発することで、SmartKemは極めて安定した有機エレクトロニクス技術プラットフォームを発明した。
「私たちは6種類のインクを販売しており、これらのインクはトランジスタ・バックプレーン全体の製造に使用されます」とブラウン博士は言う。「私たちが目指しているのは、工業規模の製造工程で慎重に保護する必要がないように、周囲環境ですぐに使えるインクを作ることです」。
「ディスプレイ・メーカーが最小限の設備投資で自社ラインに導入できるものだ」。
半導体と量子ドットの融合
当初、有機トランジスタはLCDや電気泳動ディスプレイ（アマゾン・キンドル）に使われるかもしれないが、ブラウン博士は、この科学が指紋認識やバイオセンサーのような用途で支持を集めていることに気づいている。
「この技術は、センシング・アプリケーションやセキュリティ・アプリケーションに移行していくと思います。プラスチック・エレクトロニクスの適合性は、まさに実現するのを待っているようなものです。
短期的な応用はディスプレイの分野にあると思う」。
ディスプレイを通じて、またMicroLEDやNanoLED製品によって、将来のスクリーン体験を向上させる旅は、業界の協力によって実現されるに違いない。
これが、有機半導体プラットフォームを持つSmartKemが、ナノシスの量子ドットのパイオニアにとって理想的なパートナーとなる理由であり、両社は2022年2月に共同開発契約を発表した。
この計画は、高度なディスプレイのための低コストのソリューション印刷マイクロLEDと量子ドット材料の新世代を構築することである。
この契約では、ブラウン博士の役割は有機化学の発明となる。
「と彼女は言い、パートナーシップの最初のステップと短期的なアウトプットは、フルディスプレイのプロトタイプを作ることだと説明する。
SmartKem社のバックプレーン・トランジスタとマイクロLED、Nanosys社の量子ドット強化技術を使用することで、最終製品はOLEDディスプレイと競合する高輝度、高コントラスト、高色域のディスプレイになる。
毎週月曜日午前10時、ナノシスの最新情報をお届けします。
長期的には、有機トランジスタとエレクトロルミネッセンス量子ドットの両方を、選択した基板上に低温で直接蒸着させることができる、オール印刷ディスプレイを実現するためのアディティブ・プリンティング技術が評価されるだろう。
このパートナーシップの目標は、完全なソリューション・プリンティング・ディスプレイを実現することであり、トランジスターやすべての電子機器を含むすべてのレイヤーを印刷することである。
長期戦のための発明
ディスプレイ技術における次善の策を待ち望んでいる人々にとって、このような高度な化学への飛び込みは大変なことに見えるかもしれないが、ブラウン博士は今後数ヶ月の間に彼女と彼女のチームに課せられた仕事に活力を得ているようだ。
彼女の経験では、科学者であることの大きな挑戦とやりがいのひとつは、"取り組むべき技術的問題に事欠かない "ということだ。
物事がうまくいかない）絶望の谷にいることが80％だと思うわ」と彼女は笑顔で認める。「8割が絶望の谷で、2割が幸福感よ」。
ブラウン博士は、アモルファス・シリコンとインジウム・ガリウム・亜鉛酸化物が生産に完全に最適化されるまでに20年近くかかったと振り返る。
だから彼女は地平線を見続けている。
そのため、大気汚染物質から慎重に保護する必要はなく、ディスプレイ・メーカーは最小限の設備投資で自社のラインで使用することができます」。
SmartKemのOTFTバックプレーンによって、Nanosysの量子ドット技術を使用したmicroLEDまたはnanoLEDディスプレイの製造が可能になり、ディスプレイの未来は明るいだけでなく、低消費電力、コスト効率、堅牢性、柔軟性、軽量化も実現します。
「このコラボレーションにとても興奮している。「両者の相性には素晴らしい重なりがある。そして、私たちは本当に素晴らしい製品を作ることができると思います」。
量子ドット技術を明確にする。
量子ドットに興奮しながらも、それを具体的な製品に応用できるかどうか迷っていませんか？私たちのチームが、この小さな技術に関する大きな疑問にお答えします。
