今後数年でLCDテレビの色彩が大幅に豊かになり、エネルギー効率も向上するとすれば、それはおそらく、量子ドットテレビディスプレイの先駆者であるMIT発のスピンアウト企業QD Visionのおかげだろう。
量子ドットは発光する半導体ナノ結晶で、サイズをナノメートル単位で変えることで調整でき、可視光スペクトル全体のあらゆる色を発する。
QD Visionは、量子ドットを赤と緑に調整し、青色バックライトで励起することで、LCDテレビの色域を約50パーセント広げ、エネルギー効率を約20パーセント高める光学部品を開発した。
昨年6月、ソニーはColor IQと呼ばれるQD Visionの製品を、同社の「ブラビア・トリルミナス」テレビ数百万台に採用し、量子ドットディスプレイの商用化を世界で初めて実現した。9月には、中国の電子機器メーカーTCLが一部モデルへのColor IQ搭載を開始した。
現在これらの製品を購入できるのは中国だけだ。「テレビ市場の成長の多くがそこにあるからです」と、QD Visionの共同創業者兼最高技術責任者で、MIT在籍中にこの技術を共同発明したSeth Coe-Sullivan PhD ’05は語る。しかし数か月以内に、これらのディスプレイは「世界のほかの地域にも展開される」と同氏は言う。
電球を交換する
従来のLCDテレビでは、白色LEDバックライトが画素を照らし、その光が青、赤、緑のフィルターを通って画面上の色を作り出す。
しかし実際には、青色光を白色光に変換するために蛍光体が必要となる。この過程で多くの光が失われるため、ディスプレイが再現できる色域は米国テレビジョン標準化委員会の色域の約70～80パーセントにとどまる。メーカーはLEDを増やして色彩を高めることもできるが、コストが上がり、動作により多くのエネルギーを要する。
Color IQは、赤と緑に調整された量子ドットを封入した薄いガラス管で、製造工程で組み込まれる。メーカーはバックライトに青色LEDを使うが、変換用の蛍光体は必要ない。青色光がColor IQの管を通ると、一部は純粋な青色光のまま透過し、残りはドットに吸収され、純粋な赤色光と緑色光として再放出される。
画素を通る光が増えることで、Color IQ搭載LCDテレビは色域の100パーセントを再現し、ほかのどの技術よりも高い電力効率を実現する。
「この価値提案の要点は、ディスプレイ自体を変えるのではなく、電球を交換するだけなのに、画面全体が格段によく見えることです。色ははるかに鮮やかになります。つまり、彩度が大幅に高まり、より本物らしい画像を作り出せるのです」と、QD Vision共同創業者で科学顧問のVladimir Bulovicは語る。同氏はMITのFariborz Maseeh新興技術講座教授であり、MIT Innovation Initiativeの共同リーダーも務める。
「ゆりかごから墓場まで」環境に配慮
QD Visionは消費者により高彩度のディスプレイを届けることを目指しているが、Color IQは環境にも好影響をもたらす。この点が評価され、同社は10月、米国環境保護庁から大統領グリーンケミストリー・チャレンジ賞を受賞した。
EPAによると、ディスプレイの蛍光体に代わるColor IQの開発にあたり、同社はより環境に配慮した合成法も開発した。この合成法では、アルキルホスフィン溶媒を危険性の低い長鎖炭化水素に置き換え、カドミウムと亜鉛の原料を、より危険性の低い材料に置き換える。
これにより、米国での生産では毎年、4万ガロンの有毒溶媒と100キログラムの有毒なカドミウム廃棄物がなくなる。部品を世界で2,000万台のテレビに使用すると、年間6億キロワット時の電力を節約できると見込まれる。これは米国の平均的な家庭5万世帯に電力を供給するのに十分な量だ。
「使用する材料から、製造方法、廃棄のされ方まで、ゆりかごから墓場までを考えれば、環境面での利点があることを示せました」とCoe-Sullivanは語る。
有機発光ダイオード（OLED）ディスプレイと呼ばれるほかの技術は、有機化合物を使い、色域の100パーセントを超える色を再現するが、製造コストは非常に高い。Color IQ搭載のLCDテレビは同じくらい鮮やかな色を再現しながら、数百ドル安く製造でき、動作効率も高いとCoe-Sullivanは語る。
照明からディスプレイへ、そして再び
QD Visionの技術は、10年以上前にMITで生まれた。当時、電気工学・コンピューターサイエンスの博士課程に在籍していたCoe-Sullivanは、Bulovicおよび化学のLester Wolfe教授Moungi Bawendiの学生たちと、量子ドットを電子機器に組み込む研究に取り組んでいた。
MIT Deshpande Center for Technological Innovationの資金援助を受けた研究で、Coe-Sullivan、QD Vision共同創業者のJonathan Steckel PhD ’06らは、量子ドットLED（QLED）を作る画期的な技術を開発した。数ナノメートルの厚さの量子ドット層を、2枚の有機薄膜の間に挟み込む方法だ。電荷を与えると、このドットは従来の装置の25倍の効率で電球を発光させた。
この成果をまとめた論文は2002年に『Nature』に掲載され、量子ドットデバイス分野の画期的な研究となった。「まもなくベンチャーキャピタリストたちがVladimirに電話をかけてきて、会社をスピンアウトさせる気はないかと尋ねました」とCoe-Sullivanは語る。
Coe-Sullivanは起業のアイデアを練り始めた。その後、MIT EntrepreneurshipのMartin Trust Centerで開かれたカクテルパーティーで、元同級生でQD Vision共同創業者のGreg Moeller MBA ’02と偶然出会い、計画は加速した。その夜の早い時間に2人はCoe-SullivanのQLEDの進展について話し始め、やがてBuilding 13の研究室で夜通し、事業戦略を練り上げることになった。
その会話を受けて、Coe-Sullivanは事業モデルをさらに練るため、15.390（New Ventures）を履修した。「それが、販売・マーケティング計画と製品づくりをより厳密に形にすることにつながりました」と同氏は言う。2004年、Coe-Sullivan、Bulovic、Moeller、Steckel、そしてメンターのJoe CarusoがQD Visionを立ち上げた。
2010年、同社はパートナーのNexxus Lightingとともに、初の製品である量子ドット電球を発売した。しかし、競争力を保つには100ドルのこの電球をいずれ10ドルで販売する必要があると気づき、QD Visionは新たな市場、すなわち量子ドットディスプレイに目を向けた。「照明からディスプレイへのような転換は、関わる人々全員の神経を試します」とCoe-Sullivanは言う。「QD Visionの歩みには緊張する局面がいくつもあり、これもその一つでした。」
全リソースをディスプレイに注ぎ込んだ同社は、やがてソニーの目に留まり、昨年、量子ドットディスプレイを初めて市場に投入した。現在、QD Visionは製品を市場に送り出した量子ドットディスプレイ企業わずか2社のうちの1社である。
商用利用が急増するなか、量子ドット技術はディスプレイ業界に浸透する態勢を整えているとCoe-Sullivanは語る。Color IQ搭載LCDテレビに加え、Amazonは昨年、量子ドットを採用したKindleを発売し、Asusは量子ドット搭載ノートパソコンを販売している。「量子ドットで対応できないものは、その間に何もありません」と同氏は言う。
Coe-Sullivanによると、QD Visionは将来、最初に取り組んだ課題である量子ドット電球に再び挑む可能性もある。「市場はかなり安定してきました。いずれ、量子ドット照明に応用先と価値提案があると考えています」と同氏は語る。
以下との協力により掲載： MIT News
著者：Rob MathseonはMIT Technology Reviewの寄稿ライター。
画像：2005年9月1日、ジャカルタの家電量販店で、男性がテレビの展示の前を歩く。インドネシアでは通貨安とエネルギー価格の上昇により、商品の価格が上がる可能性がある。REUTERS/Darren Whiteside。
