Forscher am MIT haben gezeigt, dass sich mit Hilfe eines Stempelverfahrens Quantenpunkte auf eine Oberfläche aufbringen lassen – klitzekleine Kristalle, die Licht abgeben. Die Technik erlaubt es, Reihen unterschiedlich eingefärbter Punkte nebeneinander zu drucken – ein wichtiger Schritt zur Herstellung farbiger Quantenpunkt-Bildschirme, die dünnere, flexiblere und hellere Displays versprechen, die auch noch schärfer und energieeffizienter als die aktuelle LCD-Generation sind.
Das Start-up QD Vision aus dem amerikanischen Watertown will den Ansatz nun bald kommerzialisieren. Bezahlbare Displays, die auf der Technik aufbauen, könnten bereits 2011 auf den Markt kommen, sagt der Technologiechef der Firma, Seth Coe-Sullivan, der zuvor in dem Bereich forschte.
Quantenpunkte sind drei bis zwölf Nanometer kleine Kristalle aus einem Halbleitermaterial, die Licht sehr scharf definierter Frequenz – abhängig von ihrer Zusammensetzung und Größe – abgeben können. Sie sind für Displays interessant, weil sie nur ein Fünftel bis ein Zehntel der Energie von LCDs benötigen, bei denen zudem noch eine Hintergrundbeleuchtung notwendig ist – ganz ähnlich wie auch organische Leuchtdioden (OLEDs), einer anderen neuen Display-Technologie, die derzeit vor allem in Handys und MP3-Spielern verbaut wird. Quantenpunkte bieten aber ein noch reineres Farbbild als OLEDs. "Typische OLEDs leuchten grün und geben dann aquamarin-gelbliche Photonen ab, die zu einem eher weißen Grün führen – das wirkt also ein wenig wie ausgewaschen", sagt Vladimir Bulovic, Professor für Elektrotechnik am MIT, der die QD Vision-Technik federführend entwickelt hat. Quantenpunkte gäben stattdessen ein sehr enges Emissionsspektrum ab, was die Farbwahrnehmung durch das menschliche Auge wesentlich reicher mache.
Bei einem Standard-Quantenpunkt-Bildschirm werden Nanokristalle eines Halbleiters wie Kadmiumselenid in einer Schicht zwischen zwei organische Dünnfilmschichten gepresst. Bislang hatte man dazu die Nano-Kristalle in einer Flüssigkeit gelöst, den organischen Film damit übergossen und anschließend das Lösungsmittel verdampft. Die Methode erlaubte allerdings noch nie, Streifen verschiedenfarbiger Kristalle nebeneinander aufzubringen, erläutert Bulovic. Das habe die Entwicklung mehrfarbiger Displays verhindert. Jeder Pixel in einem Farbdisplay wird üblicherweise in drei Subpixel unterteilt – rot, grün und blau, die in verschiedenen Intensitäten gemischt werden können, um Millionen von Farben zu erzeugen. In einem Display in Desktop-Größe haben diese Subpixel einen Durchmesser 20 bis 50 Mikrometern.
Seit rund zwei Jahren experimentieren Bulovic und seine Kollegen nun mit einer neuen Technik zum Aufbringen der Quantenpunkte – und orientieren sich dabei an einer alten Methode, die sie verfeinert haben. Statt die Oberfläche direkt zu beschichten, wird zuerst ein Stempel beschichtet, der mit verschiedenen kleinen Furchen vorgeformt wurde. Nachdem die Lösung verdampft ist, drücken die Forscher den Stempel auf die gewünschte Oberfläche, um die Quantenpunkte zu transferieren. Die Technik schafft Streifen aus Quantenpunkten, die 25 Mikrometer breit sind. Druckt man rote, grüne und blaue Streifen, die im Zickzackmuster zueinander verlaufen, ergeben sich also auch Pixel mit 25 Mikrometer breiten Subpixeln.
Bei QD Vision wurden bereits mit älteren Beschichtungstechnologien einfarbige Quantenpunkt-Displays und solche mit niedriger Auflösung hergestellt, bei denen jeder Farbpixel sich im Millimeterbereich bewegte, erklärt Coe-Sullivan.
Die neue Methode produziert nun besonders energieeffiziente Geräte. Der Grund: Die Lösung wird verdampft, bevor die Quantenpunkte aufgebracht werden. "Das Material auf einen Stempel zu geben und es dann trocken zu transferieren ist eine tolle Idee", sagt Ghassan Jabbour, Professor für Materialwissenschaften an der Arizona State University. "Damit wird vermieden, dass es Kontakt zwischen der Lösung und den unteren Schichten der Oberfläche gibt, auf denen die Quantenpunkte aufgebracht werden." Das steigere die Effizienz, weil die Lösung, wenn sie mit der organischen Schicht interagiere, zu Leistungsschwankungen neige. Bulovic zufolge sind die Prototypen, die die Forscher mit dieser Methode erzeugten, die bislang energieeffizientesten, die jemals im Labor produziert wurden.
Mit der älteren Aufbringungstechnik entwickelte QD Vision bereits zwei kommerzielle Produkte – eines für die Beleuchtung und eines für Consumer-Geräte. Beide sollen im Mai 2009 erscheinen, sagt Coe-Sullivan. "Um Displays mit hoher Informationsdichte herzustellen, die sich für Fernseher oder Handys eignen, benötigt man allerdings Muster im Bereich von 40 bis 100 Mikrometern. Zukünftige Produktplattformen mit farbigen, hochauflösenden Displays dürften wir nun mit Hilfe des Stempeldruckverfahrens erreichen."
Der Technologiechef hofft, dass QD Vision Quantenpunkt-Stempel benutzen kann, die Displays ermöglichen, die so groß wie aktuelle LCD-Bildschirme sind. Das gäbe der Technik einen enormen Vorteil gegenüber OLEDs, die sich nach wie vor in größeren Formaten nur schwer produzieren lassen – der Herstellungsprozess umfasst das Aufsprühen organischer Halbleitermoleküle durch eine Schablone, die Stiftlöcher im Nanoformat enthält. Obwohl Samsung erste Prototypen mit 40 Zoll Bilddiagonale gezeigt hat, existiert doch bislang nur ein größeres kommerzielles Gerät – es stammt von Sony, hat eine Bilddiagonale von nur elf Zoll und kostet satte 2500 Dollar. Coe-Sullivan erwartet, dass Quantenpunkt-Displays hier wesentlich konkurrenzfähiger sein werden.
Es könnte sogar möglich werden, die neue Stempeltechnik im Rollendruckverfahren zu verwenden. Das würde die schnelle Herstellung flexibler Bildschirme ermöglichen. "Ein solcher Roll-to-Roll-Printer ist nichts anderes als ein Stempel, der mit 100 Kilometern pro Stunde druckt", sagt Jabbour. Es sei dabei egal, ob der Stempel flach oder rund sei.
Permalink: http://heise.de/-275896
