あなたは、TFT LCDディスプレイの色彩表現をより優れたものにする方法について考えたことがありますか？ディスプレイがより豊かで繊細な色を表現し、視覚的な楽しみを高めるための技術はあるのでしょうか？

あります！量子ドット（Quantum Dot; QD）技術は、驚くべき表示効果を実現します！量子ドットは小さなカラフルな電球のように、異なる色の光を放出し、ディスプレイの色域を広げ、より鮮やかでリアルな色を呈現します。多層的な色彩の視覚的な饗宴を楽しむことができます。

量子ドット技術の原理紹介

量子ドット（Quantum Dot）は、ナノサイズの半導体材料です。異なる材料の粒径を変更することで、発光波長を調整できます。図1のように、青色光（例：450 nm）に励起されると、量子ドットは高純度の単色光を発し、より鮮やかな赤、緑、青の色彩を実現します。これにより、ディスプレイ内の三原色の色彩純度が向上し、肉眼でより鮮明な色を視認できるようになります。

図1

量子ドットの粒径サイズは、その発光波長に直接影響を与えます。粒径が大きいほど、励起される波長は長くなり、通常は赤色を呈します。一方、粒径が小さいと短波長の青色が励起されます。例えば、セレン化カドミウム（CdSe）量子ドットの場合、粒径が10 nmの時に赤色が励起され、5 nmで緑色、2 nmで青色が励起されます。（図2：量子ドットサイズと発光波長の関係示意図）これらの量子ドットは光によって励起されることで発光し、ディスプレイに応用されると、まるでカラフルなエフェクトが追加されるかのように、ディスプレイはより鮮やかでリアルな色を呈し、視聴体験を向上させ、視覚的な快適さをもたらします。言い換えれば、量子ドット技術はディスプレイの色彩により豊かで繊細、かつ飽和した素晴らしい表現をもたらしていると言えるでしょう！

図2：量子ドットサイズと発光波長の関係示意図

色域（Color Gamut）とは？

色域（Color Gamut）とは、ディスプレイが再現できる色彩の能力と範囲を指します。色域の範囲が広いほど、目に見える色の種類が増えます。色彩学の分野では、色域の大きさは面積で表すことができます。国際照明委員会は1931年にCIE 1931 XYZ色空間（Color Space）を設立しました。これは、数学的に色を表現するための標準的な光スペクトルであり、人間の目で見える色や明度を識別し、量化することを目的としています。CIE 1931 xy色度図の座標系を通じて、任意の色は色度図上で対応する位置を見つけることができます。

ディスプレイの色域を計算するためには、ディスプレイの画面信号のRGB三原色のxy座標を測定し、3つの点を結んで三角形の領域を作成し、その面積を計算することで、ディスプレイの色域範囲を得ることができます（図5）。テレビ業界では、米国国家テレビ標準委員会（National Television System Committee, NTSC）が制定した色彩標準が一般的に使用されています。

TFTディスプレイと量子点ディスプレイ

TFTディスプレイ（TFT Display）：

一般的なTFT LCD構造では、背面光源モジュール（BLU）で使用される白色LEDは、青色LEDチップとYAG蛍光体（Phosphor）を組み合わせて白色光を生成し、色彩フィルター（Color Filter）を通じて赤、緑、青などの色を調整します。図3.1のように、白色光が赤色フィルターを通過すると赤色光が生成され、緑色光や青色光も同様の原理で生成されます。しかし、この方法で生成される色は純色ではなく、図3.2のように白色LEDの発光光スペクトルが広範囲にわたるため、色が互いに干渉します。

量子点ディスプレイ（Quantum Dot Display）：

現在のディスプレイ業界では、大多数の量子点（Quantum Dot）は薄膜の形で作られ、量子点薄膜（Quantum Dot Film）と呼ばれています。図4.1のように、従来のTFT LCD構造に量子点技術を追加することで、量子点薄膜（QD Film）をTFTモジュールに組み込み、青色光で量子点材料を励起させて赤色光と緑色光を発生させ、青色背光と混合して白色光を形成します。そして、液晶層とカラーフィルターを通じてフルカラー表示を実現します。これが量子点ディスプレイです。

量子ドットディスプレイの利点:

色彩効果の向上：
量子ドットは特定の波長の光を励起することができ、発光スペクトルの半高幅（Full Width at Half Maximum; FWHM）が20〜35nmにまで狭くなるため、色の間の交差干渉を減少させることができます（図4.2）。これにより、色彩の正確さと純度が向上し、ディスプレイの色彩表現力が著しく向上します。

色域の拡大：
量子ドットの導入により、ディスプレイの色域空間が拡大され、より広範な色彩範囲を呈示できるようになります。これは特定の色彩を表示する際、実世界の色彩をより正確に再現できることを意味します。

要するに、量子ドット技術を応用することで、TFT LCD構造における色彩表現の効果が大幅に向上します。量子ドットは、より高い純度と飽和度の色を提供し、色域空間を拡張することで、ディスプレイがよりリアルで正確な色彩を表現できるようになります。

解決策

華凌光電（WINSTAR）の実際の機種WF101Nを例に挙げて分析し、量子ドット技術を通じて、QD Filmを追加した後のディスプレイの色彩効果がどれほど改善されたかを見ていきましょう。測定したCIE 1931 xy座標位置図（図5）およびデータ（表1）によると、ディスプレイにQD Filmを追加した後（図5の灰色線）、色域のカバー面積は一般的なTFT LCDおよびNTSC標準値よりも広範囲にわたります。NTSC標準値100%（図5の黒色線）を基準とすると、QD FilmなしのWF101NのNTSC値は74%（図5の黄色線）であり、QD Filmを追加したWF101NのNTSC値は111%（図5の灰色線）に向上しました。テスト結果は、量子ドット技術がディスプレイの色域範囲を効果的に拡張し、より豊かな色彩表現を実現できることを示しています。

図5: CIE 1931

実際の視覚効果（図6）を見てみると、左側は一般的なTFT LCDで、右側はQD Filmを追加したTFT LCDです。明らかに、QD Filmを追加したモジュールは、色彩のレイヤーがより豊かで鮮やかであり、飽和度も高いことがわかります。

図6

量子ドット（QD）技術の応用を通じて、WINSTARのTFT LCDは色彩効果において顕著な向上を実現しました。量子ドット技術は、より純粋で飽和度の高い色を提供し、色域を拡張することで、ディスプレイがよりリアルで正確な色彩を表現できるようにします。これにより、ディスプレイはより美しく、魅力的に見えるようになります。