量子ドットの印象的な色を支える完璧なタイミング

経験

6月11日

6月 20, 2025
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量子ドット結晶を精密に調整するナノシスのシステムは、これまで不可能だった色と明るさを解き放った。

文：アダム・コヴァック
AIによって生成されたイラスト（建築家ルイス・バラガン＆アーティスト、マティアス・ゲーリッツによる『トレス・デ・サテリテ』にインスパイアされた）。

素晴らしい色は、完璧なタイミングから始まります。ナノシスでは、量子ドットの成長を画期的に制御することで、ピンポイントの波長チューニングを可能にし、より明るいディスプレイ、豊かなカラーボリューム、そして農業から化粧品に至るまで、驚くような新しい用途を引き出しています。

タイミングがすべて、とはよく言ったもので、多くのことに当てはまる。サッカーでは、1秒でも早すぎたり遅すぎたりすると、レシーバーはキャッチを逃してしまう。恋愛においても、適切な相手と適切でないタイミングで出会ってしまうと、逃がした相手と結ばれる可能性がある。宇宙の誕生でさえ、絶妙なタイミングが必要だった。惑星や銀河や人間を形成する粒子は、重力によってすべてが特異点に吸い戻されるのを避けるために、適切な方法で外に向かって爆発しなければならなかったからだ。だから、科学的に可能な限り最高の色を作り出す鍵が、非の打ちどころのないタイミングにあることは驚くには当たらない。

量子ドットは半導体ではあるが、通常その言葉から連想されるコンピューター・チップとは全く異なる方法で作られている。量子ドットはナノ結晶であり、ナノシスはその結晶を成長させる方法を研究してきた。その秘密は、ドットの大きさを正確にコントロールすることにあると、同社の製品開発担当ゼネラル・マネージャー兼営業担当副社長であるZhongsheng Luo氏は説明する。その正確さのための同社の技術は、結晶を成長させる時間にある。

「これは基本的に結晶成長の熱力学に基づいています。「成長全体をリアルタイムでモニターすれば、結晶はどんどん大きくなります。つまり、例えば10分であれば530ナノメートルということです。

「最初の計算は経験的な曲線を用いて決定することができるが、ルオによれば、このプロセスは非常に進歩しており、「実際には単純にその曲線に頼ることさえしていない。「毎回同じにするために、その場でのフィードバックシステムによるリアルタイムの測定に頼っています。このようなリアルタイムのモニタリングによって、公差、つまり波長のばらつきを大幅に減らすことができるのです」。

翔泳社のエンジニアは、結晶が生成する光の特定の波長を入力することができ、結晶が成長する際に短波長の光を当ててピーク波長を測定することで、生産システムは、目標色に正確に当たった時点で成長を自動的に停止することができるほど、このプロセスは完成している。

「この波長を調整することで、ディスプレイ・メーカーが求めるカラー・ターゲットを正確に達成することができます」とルオは言う。「それだけでなく、望ましい色域で最高の輝度が得られるように、ディスプレイ・パネルのカラー・フィルターに完璧にマッチさせることもできます」。

明るさは重要である。ルオが観察したように、テレビでは明るさが消費者の選択に大きな役割を果たしている。明るさは "プラズマを殺したもの "だと彼は言う。

「比較的明るいショールームで液晶ディスプレイとプラズマディスプレイを並べると、暗い一般的なリビングルームではプラズマディスプレイの方がよく見えるかもしれないが、高輝度の液晶ディスプレイの方がプラズマディスプレイよりもはるかによく見えるため、人々はことごとく液晶ディスプレイを選んだ」と同氏は指摘する。

量子ドットをこのような精度で調整できることには、もうひとつ利点がある。ルオが説明するように、色純度が高ければ高いほど、カラーガンマ、つまり画像のエンコードとデコードの際にビットをより効率的に使うことができる。画像が適切にガンマ符号化されていない場合、人間には知覚できない部分に多くの情報が割かれる可能性がある。量子ドットのおかげで、スクリーン・メーカーは以前よりもはるかに簡単に技術を微調整できるようになった。

従来の蛍光体技術では、波長を変えると新しい材料が必要になり、最も起こりやすいのは、最初のうちは全幅半値幅が広くなることです。「それ自体が多くの労力を必要とします。第二に、信頼性が既存の製品と同じではないかもしれない。そして、信頼性も既存の製品と同じではないかもしれない。光学特性だけでなく、安定性も既存の製品と同等であることを確認するためには、多くの時間が必要なのです」。

結局のところ、量子ドットを細かく調整する能力は、色の範囲や明るさだけでなく、これら2つの概念がどのように組み合わされるかによって、新たなレベルを切り開くのである。

輝度を上げると、同じ色でも異なる色相の違いが透けて見えるようになる。実際の生活では、バナナが熟しているか熟しすぎているかを見分けるのは、色ではなく色相である。従来のディスプレイでは、そのようなレベルの詳細な情報を表示することはできないが、量子ドットを使用したディスプレイなら、文字通り食べるのに十分なほど見栄えのする画像を表示することができる。ルオによれば、量子ドットは従来の技術に比べて、人間が知覚できる色の量を30～40％増やすことができるという。

このような純粋さが、素敵な画像と、直感的でリアルな画像との違いとなり、地球上で最も壮大な現象を目の前にしているような気分にさせるのだ。例えば、火山の噴火。

「写真を見ても、実際に見たときほどの感動はないかもしれません」とルオは言う。「その違いは、色座標を見れば、どれも通常のディスプレイの再現能力の範囲内なのですが、明るさは人間の色彩感覚とは別の次元のものなので、別の感覚を与えてくれるのです。非常に明るい溶岩を再現できるディスプレイがあれば、そのようなリアリティを脳に伝えるので、熱さを感じることができます"

量子ドットはより多くの色彩をもたらすだけでなく、右脳レベルでの色彩をもたらすことができる。

火山の噴火を映した映画を見ることで、（靴が溶ける可能性ははるかに低いとはいえ）実際に火山の噴火の近くにいるのと同じ効果を引き出せるとすれば、それは科学的な研究によって裏付けられている。ドルビーが実施したテストでは、量子ドット・ディスプレイでコンテンツを視聴している観客をサーマルカメラで調べたところ、スクリーンに火の玉が撃ち込まれるシーンで、観客の顔の血管が拡張し、まるで炎に打たれることを予期しているかのようだった。

明るく鮮やかな色はそれだけで華やかだが、波長チューニングと量子ドットの利点は、すべてのデバイスメーカーが好きな言葉である「効率」だ。

ヨーロッパなど一部の地域では、テレビのような機器の電力効率は法律で規制されている。こうした法律は非常に厳しく、8KやマイクロLEDディスプレイを搭載した高度なテレビなどは厳しく制限されている。法的な側面がない状況であっても、電力面で得をすることは重要である。消費者は、例えばノートパソコンに健康的なバッテリー寿命を期待し、好きなテレビ番組を夢中になって見て、電気代請求書が届いて驚くような事態になることを望まない。

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「1時間の違いを気にしたり、10％の節電を気にしたりするものです」とルオは言う。「一般的な社会の傾向として、人々は使用しているデバイスの効率にもっと注意を払うようになっていると思います。量子ドット技術によって、私たちはそのようなトレンドに対応し、顧客が最高の効率を達成できるよう支援しています。効率が悪いよりは、効率が良い方がいいに決まっています」。

それはコンピューター画面やテレビに限ったことではない。量子ドットが可能にするユニークな波長チューニングは、農業やグリーンエネルギー革命にも応用できる。ルオは、量子ドットを調整することで、一部の植物が非常に敏感に反応する周波数の光を発生させることができ、より速く効率的な成長と収穫を促進できると指摘した。このことは、地球上だけでなく、世界の宇宙機関が月面基地を建設し、火星に人類を送り込もうと競い合っているように、宇宙にも応用できる可能性がある。どちらの場合も、宇宙飛行士のための食料栽培は、これらのミッションを論理的に実現可能にする上で重要な役割を果たすだろう。

「人口が増える一方で、土地には限りがありますから。「私たちは太陽エネルギー関連のことにも注目しています。私たちは基本的に、現在利用できない、あるいは利用できても効率が非常に低いスペクトルを、変換効率や利用効率の高いスペクトルに変換することができます」。

それほど大げさではないが、商業的に儲かる可能性のある用途もある。商品によっては、特定の光の周波数にさらされると劣化するものがある。ルオが例として挙げるのは香水で、包装に使われるボトルは、使用する前に紫外線が製品を劣化させないように設計されていなければならない。ヨーロッパの新しい法律では、メーカーは香水自体に紫外線安定剤を入れることができない。量子ドットを組み込んだボトルは、これらの周波数を放射するのではなく、吸収するように調整することができる。近い将来、量子ドットが自動車に応用され、現在では不可能な人目を引く塗装が施された車や、時間帯によって色が変わる車が誕生する可能性さえある。

「ルオは言う。「私たちがパートナーとともに模索している用途は他にもたくさんあります。「エクステリアのデザインでもいいし、人間の化粧品でもいい。医療や健康に役立つかもしれない。それらはすべてこれからです。ただ、その多くは非常に初期の段階なので、私たちはまだ顧客と協力して、それらの分野を開拓しようとしているところです"