양자점은 다양한 색상의 빛을 방출할 수 있는 나노크기의 결정체입니다. 양자점 기반 프로젝터는 이전 세대의 디스플레이보다 뛰어난 에너지 효율성, 밝기 및 색상 충실도를 약속합니다. 풀 컬러 이미지를 표시하는 데 일반적으로 필요한 세 가지 색상(빨간색, 녹색 및 파란색) 중 후자는 생성하기 어려운 것으로 입증되었습니다. 자가 조직화 화학 구조를 기반으로 하는 새로운 방법이 솔루션을 제공하며, 이러한 새로운 청색 양자점을 시각화하는 최첨단 이미징 기술은 생성 및 분석에 필수적인 것으로 입증되었습니다.
장치의 화면을 자세히 보면 이미지를 구성하는 개별 이미지 요소, 즉 픽셀을 볼 수 있습니다. 픽셀은 거의 모든 색상으로 나타날 수 있지만 일반적으로 빨강, 녹색 및 파랑의 하위 픽셀로 구성되기 때문에 실제로 화면에서 가장 작은 요소는 아닙니다. 이러한 하위 픽셀의 다양한 밀도는 개별 픽셀에 수십억 개의 팔레트에서 단일 색상의 모양을 제공합니다. 하위 픽셀 뒤에 있는 기본 기술은 초기 컬러 텔레비전 시대 이후로 발전했으며 현재 가능한 옵션이 많이 있습니다. 그러나 다음 큰 도약은 소위 양자점 발광 다이오드(QD-LED)가 될 가능성이 높습니다.
QD-LED 기반 화면은 이미 존재하지만 기술은 아직 성숙 단계에 있으며 현재 옵션에는 특히 그 안의 파란색 하위 픽셀과 관련하여 몇 가지 단점이 있습니다. 세 가지 기본 색상 중 파란색 하위 픽셀이 가장 중요합니다. 하향 변환이라는 과정을 통해 청색광을 사용하여 녹색과 적색광을 생성합니다. 이러한 이유로 청색 양자점은 엄격하게 제어되는 물리적 매개변수를 필요로 합니다. 이는 종종 청색 양자점이 매우 복잡하고 생산 비용이 비싸고 품질이 모든 디스플레이에서 중요한 요소임을 의미합니다. 그러나 이제 도쿄 대학 화학과의 Ichi Nakamura 교수가 이끄는 연구팀이 해결책을 내놓았습니다.
Nakamura는 “파란색 양자점에 대한 이전 설계 전략은 하향식으로 비교적 큰 화학 물질을 사용하여 일련의 공정을 거쳐 작동하는 것으로 개선했습니다.”라고 말했습니다. “우리의 전략은 상향식입니다. 우리는 분자를 정밀하게 제어하여 원하는 구조를 형성하도록 자기 조절 화학에 대한 우리 팀의 지식을 기반으로 했습니다. 돌로 집을 짓는 대신 벽돌집을 짓는 것과 같다고 생각하십시오. 훨씬 쉽습니다. 정확히 말하면 원하는 대로 디자인하는 것이 더 효율적이고 비용 효율적입니다.”
그러나 Nakamura의 팀이 독특한 파란색 양자점을 생성한 방법은 이뿐만이 아닙니다. BT.2020으로 알려진 색 정확도 측정을 위한 국제 표준에 따라 자외선에 노출되면 거의 완벽한 청색광을 생성합니다. 이것은 납 페로브스카이트, 말산 및 올레아민을 포함한 유기 및 무기 화합물의 하이브리드인 점의 독특한 화학적 조성 때문입니다. 그리고 자기 조직화를 통해서만 원하는 모양, 즉 64개의 납 원자로 이루어진 정육면체로 4대 1로 압축될 수 있습니다.
“놀랍게도 우리의 가장 큰 도전 중 하나는 말산이 화학적 퍼즐의 필수적인 부분이라는 것을 발견하는 것이었습니다. 그것을 찾기 위해 체계적으로 다른 것을 시도하는 데 1년 이상이 걸렸습니다.”라고 Nakamura는 말했습니다. “아마도 놀랍게도 우리가 직면한 또 다른 주요 과제는 청색 양자점의 구조를 결정하는 것이었습니다. 우리가 만들려고 했던 청색광의 파장보다 190배 작은 2.4나노미터에서 양자점 구조는 기존의 방법으로 이미지화할 수 없습니다. 그래서 우리는 팀 구성원 중 일부가 만든 SMART-EM 또는 “Cinematic Alchemy”라고 부르는 이미징 도구로 눈을 돌렸습니다.
영화 화학은 정지 이미지를 캡처하는 것보다 비디오를 촬영하는 것에 더 가까운 전자 현미경의 진화입니다. 청색 양자점 구조의 세부 사항을 포착하려면 이것이 필요합니다. 왜냐하면 나노결정은 매우 역동적이어서 단일 이미지가 그 이야기의 작은 부분만을 말해주기 때문입니다. 불행히도 파란색 양자점도 수명이 짧지만 이는 예상했지만 팀은 현재 산업 협력을 통해 안정성을 개선하는 것을 목표로 하고 있습니다.
“트위터를 통해 다양한 주제에 대한 생각을 나누는 아 동율은 정신적으로 깊이 있습니다. 그는 맥주를 사랑하지만, 때로는 그의 무관심함이 돋보입니다. 그러나 그의 음악에 대한 열정은 누구보다도 진실합니다.”