Nanokrystallskjermer

Seth Coe-Sullivan, teknologisjef i Watertown, MA, oppstart QD Vision, fester krokodilleklemmer til to kanter av en gjennomsiktig wafer på størrelse med en mobiltelefonskjerm og snur en bryter: et rektangel som fyller midten av waferen snur seg plutselig. fra reflekterende sølv til svakt rødt. En laboratoriearbeider slår av romlysene for å øke effekten – men dette er ikke nødvendig. Coe-Sullivan vrir på en knott og enheten begynner å lyse strålende.



Coe-Sullivan har en prototype kvantepunktskjerm; slike skjermer avgir ekstremt rene farger og kan til slutt skaleres opp for å konkurrere med konvensjonelle skjermer. (Fotokreditt: Porter Gifford.)

[For bilder av denne forskningen, teamet, utstyret og prototypene, klikk her .]



Inne i spywareskandalen

Denne historien var en del av vår utgave fra mai 2006



  • Se resten av saken
  • Abonnere

Dette er QD Visions første skjerm – en monokromatisk 32 x 64 pikslers testseng for en teknologi som Coe-Sullivan håper vil erstatte de som brukes i dagens HD-TV-er. Tynn og fleksibel, neste generasjons skjerm vil være lett å se i sollys og mindre strømkrevende enn den i din nåværende bærbare, sier han. Den vil også dekke mer av det synlige fargespekteret enn dagens skjermer og produsere så høykontrastbilder at dagens flatskjermer vil se matte og utvaskede ut i sammenligning.

I hjertet er nanopartikler kalt kvanteprikker, nanoskala halvlederkrystaller. Ved å endre størrelsen på partiklene kan forskere endre fargen de sender ut: for eksempel vil en partikkel med diameter på seks nanometer lyse rødt, mens en annen av samme materiale, men bare to nanometer bred, vil lyse blått.

Der disse partiklene virkelig skinner er i renheten til fargene de sender ut. Skjermer lager millioner av farger fra en palett på bare tre: hver piksel er laget av en rød, en grønn og en blå underpiksel, og å variere deres relative intensitet varierer pikselens tilsynelatende farge. I LCD-er og organiske lysemitterende enheter (OLED), en ny type skjerm, er subpikselfargene urene. Den røde, for eksempel, mens den hovedsakelig er laget av rødt lys, inneholder også mindre mengder andre farger. Med kvanteprikker avgir imidlertid den røde underpikselen bare rødt.



Denne renheten betyr at kvantepunktbaserte skjermer har mer mettede farger enn LCD-er, OLED-er og til og med voluminøse katodestrålerør (CRT), som fortsatt er verdsatt for sin utmerkede fargegjengivelse. Dessuten, sier Coe-Sullivan, fargeutvalget som er mulig i en kvantepunktskjerm er 30 prosent større enn i CRT-er: Vi øker dybden på det grønne som skjermene kan vise, og dybden på det blågrønne, et cetera. Det er faktisk en annen farge enn det som kan sees på en LCD, OLED eller CRT.

Det som kanskje er mest spennende med quantum dot LED (QD-LED) er at de bruker mye mindre strøm enn LCD-er. På LCD-skjermer lyser bakgrunnsbelysningen opp hver piksel på skjermen. Mørke piksler blokkerer ganske enkelt dette lyset, og sløser faktisk med energi. Delvis fordi kvanteprikker sender ut lys i stedet for å filtrere det, kan en QD-LED-skjerm potensielt bruke en trettidel av kraften til en LCD.

Og det er en annen fordel ved å ikke ha bakgrunnsbelysning, ifølge Vladimir Bulovic, en ekspert ved MIT i OLED-skjermer. Fordi i LCD-er blokkerer ikke mørke pikslene lys perfekt, sier Bulovic, de svarte pikslene på LCD-er er egentlig bare mørkegrå. Med kvanteprikker derimot, sender svarte piksler ikke ut noe lys. Det som gjør bildet skarpt og virkelig faller i smak, er at det svarte er veldig, veldig mørkt, sier han.



Begerglass av denne glødende grønne tingene
Ideen om å bruke kvanteprikker i skjermer er ikke ny. På begynnelsen av 1990-tallet, da kjemikere som Moungi Bawendi, nå MIT-professor i kjemi og vitenskapelig rådgiver ved QD Vision, perfeksjonerte teknikker for å danne presise, ensartede kvanteprikker, prøvde noen å lage QD-LED-er, men produserte bare svake, ineffektive enheter som krevde omtrent hundre tusen elektroner for å lokke kvanteprikker til å sende ut et enkelt foton. Derimot krever Coe-Sullivans QD-LED bare omtrent 50 elektroner per foton.

For å oppnå dette fremskrittet krevde det at de rette menneskene kom sammen til rett tid. Det skjedde i 2000, da Coe-Sullivan kom til MIT som doktorgradsstudent og møtte Bawendi og en splitter ny MIT elektroingeniørprofessor som hadde ankommet noen uker før – Vladimir Bulovic.

Rett innenfor døren til QD Visions laboratorium er en rad med kolber som inneholder en boblende rød væske – en løsning av nylig dannede kvanteprikker. Samarbeidet som førte til den første effektive QD-LED-skjermen begynte etter at Bulovic, på et besøk til MIT, snublet over en lignende scene i laboratoriet til en av Bawendis samarbeidspartnere.



Bulovic sier at før han møtte begre av dette glødende grønne stoffet ved MIT, hadde han aldri hørt om kvanteprikker. Coe-Sullivan lånte Bulovics kunnskap om OLED-fabrikasjonstriks og Bawendis kvantepunktekspertise og fikk også hjelp av medstudenter Jonathan Steckel og Wing-Keung Woo.

Selv med all denne ekspertisen, skjedde imidlertid gjennombruddet som muliggjorde enheten delvis ved et uhell. Forskerne hadde blandet kvanteprikker inn i en løsning av organiske molekyler og spredt blandingen til en tynn film ved hjelp av en prosess kalt spin-casting, i håp om at kvanteprikkene ville spre seg jevnt gjennom filmen. Det viste seg at kvanteprikkene steg til overflaten av filmen og satt sammen i et ryddig, jevnt lag bare én prikk tykt, et arrangement som viste seg å være mer effektivt enn det forskerne hadde tenkt.

Dette laget av kvanteprikker ble kjernen i en flerlags enfarget QD-LED, klemt mellom elektroder og ladningstransportlag. Coe-Sullivan, sammen med Bulovic og Greg Moeller, direktør for forretningsutvikling, grunnla QD Vision i 2004 for å gå fra denne enkle enheten til en fullfargeskjerm som kan produseres lønnsomt.

Et stort skritt var å arrangere arrays av piksler. Hos QD Vision peker Coe-Sullivan på et kabinett med glassfront som er forsiktig blokkert for å skjule en del av en proprietær prosess for distribusjon av kvanteprikker i de vekslende trefarge rektangulære rutenettene som er nødvendige for en fungerende skjerm. Allerede teknikken, som Coe-Sullivan sier skal føre til relativt billig produksjon, har produsert mønstre med piksler mindre enn de som er typiske for nåværende skjermer.

Coe-Sullivan sier at QD Vision bør kunne låne fra OLED-teknologi en nøkkelkomponent i skjermer, bakplanet som kontrollerer pikslene. Nå er selskapet fokusert på å forbedre effektiviteten til enheten, som, selv om den er konkurransedyktig med mobiltelefonskjermer, fortsatt kan forbedres.

I alt sier Coe-Sullivan at han forventer at det vil ta omtrent fire år før selskapet har sitt første kommersielle produkt – sannsynligvis en liten skjerm for en mobiltelefon. Men han sier de fargerike bildene vil være verdt ventetiden.

Hjemmesidebilde med tillatelse av Porter Gifford.

gjemme seg