Kvantprickar har gjort det möjligt att avsevärt öka färgkvaliteten i LCD-skärmar. Dock, dessa kadmiumbaserade nanokristaller har visat sig vara skadliga för miljön. Fraunhofer-forskare arbetar tillsammans med en industripartner för att utveckla ett lovande alternativ:kvantprickar baserade på indiumfosfid.
Landskapet är hisnande. För att det är så verkligt, du glömmer för ett ögonblick att örnen som kretsar runt himlen inte är utanför ditt fönster, men är istället på din tv. Sådana bedrägligt realistiska bilder är inte bara ett resultat av de högupplösta skärmarna som finns tillgängliga på moderna enheter; färgerna spelar också roll, och de blir allt ljusare och rikare. Detta är möjligt tack vare små kristaller som kallas kvantprickar (QDs), som har en tjocklek på bara ett fåtal atomer. Dessa nanopartiklar som finns i bakgrundsbelysningsenheterna på QD LCD-skärmar erbjuder ett ymnighetshorn av färger, men de besitter också en annan extraordinär egenskap. "En stor fördel med kvantprickar är att deras optiska egenskaper kan modifieras selektivt genom att ändra deras storlek, " förklarar Dr. Armin Wedel från Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP i Potsdam, Tyskland. "Detta betyder att du inte längre behöver tillverka tre separata material för färgerna rött, grönt och blått; nu är det möjligt att göra jobbet med bara en." Detta sparar både tid och pengar.
Under de senaste åren, Fraunhofer IAP-forskare i Potsdam har utvecklat kvantprickar för kunder inom ett brett spektrum av industrisektorer. De tillverkar nanopartiklarna med hjälp av kemisk syntes och anpassar dem för varje applikation. Detta resulterar initialt i mycket små partiklar som strålar ut blått ljus. Vid storlekar över cirka 2 nanometer, färgen ändras till grönt. Den största av kvantpartiklarna, vid 7 nanometer i storlek, emitterar inom det röda spektralområdet. För närvarande, Wedel och hans team utvecklar kvantpunkter för displaybakgrundsbelysning på uppdrag av det holländska företaget NDF Special Light Products B.V. Dessa kvantprickar kommer att förbättra färgåtergivningen och färgrealismen hos displayerna. Här, kristallerna är tillverkade för de olika emissionsfärgerna och inbäddade i plast. Dessa plaster bearbetas sedan till filmer och byggs in i displayen som en omvandlingsfilm.
Alternativa material baserade på indiumfosfid
Med denna uppgift, forskare står inför en ny utmaning. EU-kommissionen överväger för närvarande ett förbud mot kadmium i konsumentvaror till 2017, på grund av dess skadliga inverkan på miljön. Dock, det anses också vara det idealiska materialet för tillverkning av kristallerna – kadmiumbaserade kvantprickar kan uppnå en smalbandsspektrumskärpa på bara 20 till 25 nanometer. Displaytillverkare runt om i världen letar nu efter lämpliga ersättningsmaterial med liknande egenskaper. Mot denna bakgrund, Fraunhofer IAP ser ut att vara på en lovande väg.
"Vi testar kvantprickar baserade på indiumfosfid tillsammans med NDF Special Light Products, " säger Wedel. Hans team har redan lyckats uppnå en spektral skärpa på 40 nanometer. Vid första anblicken, som inte verkar alltför långt ifrån den kvalitet som kan uppnås med kadmiumbaserade kvantprickar, men skillnaderna i färgtrohet är fortfarande närvarande. "Vi ser det här som en bra första milstolpe, men vi strävar fortfarande efter ytterligare förbättringar, " säger Wedel. Denna ansträngning kommer att ge resultat, eftersom tv-tillverkare inte är de enda som eftertraktar dessa små färgunderverk. Det finns också stor marknadspotential för speciella applikationer som medicinska eller flygtekniska utrustningsskärmar. Vidare, kvantprickar kan också öka effektiviteten hos solceller, eller kan användas i bioanalytik. För sådana speciella fall, de optiska egenskaperna hos kvantprickarna måste konfigureras exakt för de specifika applikationskraven. "Vi har ett bra läge tack vare vår långa erfarenhet av att tillverka kvantprickar för att möta specifika kundkrav, säger Wedel.
