Om LCD-TV-apparater börjar bli mycket mer färgglada – och energieffektiva – under de närmaste åren, det kommer förmodligen att vara tack vare MIT spinout QD Vision, en pionjär inom kvantprick-tv-skärmar.

Kvantprickar är ljusemitterande halvledarnanokristaller som kan ställas in - genom att ändra deras storlek, nanometer för nanometer – för att avge alla färger över det synliga spektrumet.

Genom att ställa in dessa prickar till rött och grönt, och använda en blå bakgrundsbelysning för att aktivera dem, QD Vision har utvecklat en optisk komponent som kan öka färgomfånget för LCD-tv-apparater med ungefär 50 procent, och öka energieffektiviteten med cirka 20 procent.

Sista juni, Sony använde QD Visions produkt, kallas Color IQ, i miljontals av sina Bravia "Triluminos" TV-apparater, markerar den första kommersiella kvantprickdisplayen någonsin. I september, Den kinesiska elektroniktillverkaren TCL började implementera Color IQ i vissa modeller.

Dessa är för närvarande endast tillgängliga i Kina, "eftersom det finns mycket tillväxt för TV-marknaden, " säger Seth Coe-Sullivan PhD '05, medgrundare och teknisk chef för QD Vision, som var med och uppfann tekniken vid MIT. Men inom ett par månader, han säger, dessa skärmar kommer att "rulla ut till resten av världen."

Byte av glödlampa

I konventionella LCD-TV, pixlar är upplysta av en vit LED-bakgrundsbelysning som passerar genom blått, röd, och gröna filter för att producera färgerna på skärmen.

Men detta kräver faktiskt fosfor för att omvandla ett blått ljus till vitt; på grund av denna process, mycket ljus går förlorat, och skärmar når bara cirka 70 till 80 procent av National Television Standard Committees färgomfång. Tillverkare kan potentiellt öka färgen genom att införliva fler lysdioder, men detta kostar mer och kräver mer energi att köra.

Color IQ är ett tunt glasrör, fylld med kvantprickar inställda på rött och grönt, som implementeras under syntesprocessen. Tillverkare använder en blå LED i bakgrundsbelysningen, men utan behov av omvandlingsfosfor. När blått ljus passerar genom Color IQ-röret, något ljus lyser igenom som rent blått ljus, medan en del absorberas och återutsänds av prickarna som rent röda och rent gröna.

Med mer ljus som skiner genom pixlarna, LCD-TV utrustade med Color IQ producerar 100 procent av färgomfånget, med högre energieffektivitet än någon annan teknik.

"Värdeförslaget är att du inte ändrar displayen, allt du gör är att byta ut glödlampan, och ändå ser hela skärmen mycket bättre ut. Färgerna är mycket mer levande – kända som mycket mer mättade – vilket gör att du kan skapa en mycket mer trovärdig bild, " säger QD Vision medgrundare och vetenskaplig rådgivare Vladimir Bulovic, Fariborz Maseeh-stolen i Emerging Technology vid MIT, som också leder MIT Innovation Initiative.

Grön från "vagga till grav"

Medan QD Vision syftar till att ge konsumenterna mer färgmättade skärmar, Color IQ har också en positiv miljöpåverkan, vilket gav företaget Presidential Green Chemistry Challenge Award från U.S. Environmental Protection Agency i oktober.

Samtidigt som företaget utvecklade sin Color IQ – som ersätter fosfor i bildskärmar – utvecklade företaget en mycket grönare syntes, enligt EPA. Denna syntes innebär att alkylfosfinlösningsmedel ersätts med långkedjiga kolväten, som är mindre farliga, och ersätter kadmium- och zinkbyggstenar med mindre farliga material.

Detta eliminerar 40, 000 liter giftiga lösningsmedel och 100 kilo giftigt kadmiumavfall i amerikansk produktion varje år. Att använda komponenterna i 20 miljoner TV-apparater beräknas spara 600 miljoner kilowattimmar el per år över hela världen – tillräckligt med el för att driva 50, 000 genomsnittliga amerikanska hem.

"Vi har kunnat visa, vaggan till graven, från materialen vi använder till hur vi gör det till hur det sätts i vila, att det finns en miljövinst, " säger Coe-Sullivan.

Andra tekniker, så kallade organiska lysdioder (OLED) displayer, använd en organisk förening för att nå upp till 100 procent av färgomfånget – men de är mycket dyra att producera. LCD-TV gjorda med Color IQ är lika färgglada, men tillverkas för några hundra dollar mindre och fungerar med större effektivitet, säger Coe-Sullivan.

Belysning till displayer, och tillbaka

QD Visions teknologi började vid MIT för mer än ett decennium sedan. Coe-Sullivan, sedan doktorand i elektroteknik och datavetenskap, arbetade med Bulovic och elever från Moungi Bawendi, Lester Wolfe professor i kemi, om implementering av kvantprickar i elektroniska enheter.

I en studie finansierad av MIT:s Deshpande Center for Technological Innovation, Coe-Sullivan, QD Vision medgrundare Jonathan Steckel PhD '06, och andra utvecklade en banbrytande teknik för att producera quantum-dot LEDs (QLEDs). Att göra så, de lade ett lager av kvantprickar, några nanometer tjock, mellan två organiska tunna filmer. När den är elektriskt laddad, prickarna lyste upp en glödlampa 25 gånger mer effektivt än traditionella enheter.

Det resulterande papperet, publiceras i Natur år 2002, blev ett landmärke inom quantum-dot-devices-området. "Snart ringde riskkapitalister Vladimir, frågar om vi skulle snurra ut ett företag, " säger Coe-Sullivan.

Coe-Sullivan började leka med idén att starta ett företag. Sedan, ett slumpmässigt möte på ett cocktailparty på Martin Trust Center for MIT Entrepreneurship—med en före detta klasskamrat, QD Visions medgrundare Greg Moeller MBA '02 – fick fart på saker och ting. Tidigt på kvällen, de två började diskutera Coe-Sullivans QLED-framsteg; de befann sig snart uppe hela natten i ett labb i byggnad 13, utveckla en affärsstrategi.

Efter det samtalet, Coe-Sullivan registrerade sig i 15.390 (New Ventures) för att vidareutveckla en affärsmodell. "Det har lett till den mer rigorösa utformningen av försäljnings- och marknadsföringsplaner, och produktskapande, " säger han. 2004 Coe-Sullivan, Bulovic, Möller, Steckel, och mentor Joe Caruso lanserade QD Vision.

2010, företaget lanserade sin första produkt, en QD-glödlampa, med partner Nexxus Lighting. Dock, att inse att denna glödlampa för $100 snart skulle behöva säljas för $10 för att förbli konkurrenskraftig, QD Vision såg att det behövde en ny marknad:kvantpricksskärmar. "Att göra en sådan övergång [från belysning till skärmar] testar nerverna hos de inblandade, från topp till tå, " Coe-Sullivan säger. "QD Visions berättelse är en av många … spända ögonblick, och det var en av dem."

Samla alla resurser i bildskärmar, företaget fick så småningom ögonen på Sony, och förra året blev den första att marknadsföra med en quantum-dot display. I dag, QD Vision är fortfarande ett av endast två kvantprickdisplayföretag som har sett sina produkter gå ut på marknaden.

Nu, med en kraftig ökning av kommersiell användning, quantum-dot-teknologier är positionerade för att penetrera bildskärmsindustrin, säger Coe-Sullivan. Tillsammans med Color IQ-drivna LCD-TV, Amazon släppte en kvantprickig Kindle förra året, och Asus har en quantum-dot notebook. "Och det finns inget däremellan som kvantprickar inte kan adressera, " han säger.

I framtiden, Coe-Sullivan tillägger, QD Vision kan till och med gå tillbaka och ta sig an sin första utmaning:QD-glödlampor. "Marknaden har stabiliserats ganska mycket, " säger han. "Någonstans längre fram, vi tror att det finns en tillämpning och ett värdeförslag för kvantpunktsbelysning."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.