Quantum dots hebben het mogelijk gemaakt om de kleurkwaliteit in LCD-schermen aanzienlijk te verbeteren. Echter, deze op cadmium gebaseerde nanokristallen zijn schadelijk voor het milieu gebleken. Onderzoekers van Fraunhofer werken samen met een industriepartner aan de ontwikkeling van een veelbelovend alternatief:quantum dots op basis van indiumfosfide.

Het landschap is adembenemend. Omdat het zo echt is, je vergeet even dat de adelaar die in de lucht cirkelt niet buiten je raam is, maar staat in plaats daarvan op uw televisie. Dergelijke bedrieglijk realistische beelden zijn niet alleen het resultaat van de hoge resolutie displays die beschikbaar zijn op moderne apparaten; ook de kleuren spelen een rol, en ze worden steeds helderder en rijker. Dit is mogelijk dankzij kleine kristallen die bekend staan ​​als quantum dots (QD's), die slechts enkele atomen dik zijn. Deze nanodeeltjes in de achtergrondverlichting van QD LCD-schermen bieden een overvloed aan kleuren, maar ze bezitten ook nog een ander buitengewoon kenmerk. "Een groot voordeel van kwantumdots is dat hun optische eigenschappen selectief kunnen worden gewijzigd door hun grootte te veranderen, " legt Dr. Armin Wedel van het Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP in Potsdam uit, Duitsland. "Hierdoor hoef je voor de kleuren rood niet meer drie aparte materialen te maken, groen en blauw; nu is het mogelijk om het werk met slechts één te doen." Dit bespaart zowel tijd als geld.

In de afgelopen jaren, Fraunhofer IAP-onderzoekers in Potsdam hebben kwantumdots ontwikkeld voor klanten in een breed scala van industriële sectoren. Ze produceren de nanodeeltjes met behulp van chemische synthese en passen ze aan voor elke toepassing. Dit resulteert in eerste instantie in zeer kleine deeltjes die blauw licht uitstralen. Bij afmetingen boven ongeveer 2 nanometer, de kleur verandert in groen. De grootste van de kwantumdeeltjes, met een grootte van 7 nanometer, binnen het rode spectrale bereik uitzenden. Momenteel, Wedel en zijn team ontwikkelen in opdracht van het Nederlandse bedrijf NDF Special Light Products B.V. quantum dots voor display-achtergrondverlichting. Deze quantum dots zullen de kleurweergave en het kleurrealisme van de displays verbeteren. Hier, de kristallen zijn vervaardigd voor de verschillende emissiekleuren en ingebed in kunststoffen. Deze kunststoffen worden vervolgens verwerkt tot films en als conversiefilm in het display ingebouwd.

Alternatieve materialen op basis van indiumfosfide

Met deze taak, onderzoekers staan ​​voor een nieuwe uitdaging. De Europese Commissie overweegt momenteel een verbod op cadmium in consumptiegoederen tegen 2017, vanwege het schadelijke effect op het milieu. Echter, het wordt ook beschouwd als het ideale materiaal voor het maken van de kristallen - op cadmium gebaseerde kwantumdots kunnen een smalbandige spectrumscherpte bereiken van slechts 20 tot 25 nanometer. Fabrikanten van displays over de hele wereld zijn nu op zoek naar geschikte vervangende materialen met vergelijkbare eigenschappen. Tegen deze achtergrond, Fraunhofer IAP lijkt veelbelovend te zijn.

"Samen met NDF Special Light Products testen we kwantumdots op basis van indiumfosfide, ", zegt Wedel. Zijn team is er al in geslaagd om een ​​spectrale scherpte van 40 nanometer te bereiken. Op het eerste gezicht dat lijkt niet ver verwijderd van de kwaliteit die haalbaar is met op cadmium gebaseerde kwantumdots, maar de verschillen in kleurgetrouwheid zijn nog steeds aanwezig. "We zien dit als een mooie eerste mijlpaal, maar we streven nog steeds naar verdere verbetering, ", zegt Wedel. Deze inspanning zal zijn vruchten afwerpen, aangezien televisiefabrikanten niet de enige zijn die deze kleine kleurwonderen begeren. Er is ook een groot marktpotentieel voor speciale toepassingen zoals displays van medische of luchtvaartapparatuur. Verder, quantum dots kunnen ook de efficiëntie van zonnecellen verhogen, of kan worden gebruikt in de bioanalyse. Voor dergelijke speciale gevallen de optische kenmerken van de kwantumdots moeten nauwkeurig worden geconfigureerd voor de specifieke toepassingsvereisten. "We bevinden ons in een goede positie dankzij onze uitgebreide ervaring in het vervaardigen van kwantumdots om aan specifieke klantvereisten te voldoen, ' zegt Wedel.