Nanokristaliniai ekranai

Sethas Coe-Sullivanas, Watertown, MA, startuolio QD Vision vyriausiasis technologijų pareigūnas, pritvirtina aligatoriaus spaustukus prie dviejų skaidraus mobiliojo telefono ekrano dydžio plokštelės kraštų ir apverčia jungiklį: plokštelės centrą užpildantis stačiakampis staiga pasisuka. nuo šviesą atspindinčio sidabro iki silpnai raudonos spalvos. Laboratorijos darbuotojas išjungia kambario apšvietimą, kad padidintų efektą, bet tai nėra būtina. Coe-Sullivan pasuka rankenėlę ir prietaisas pradeda nuostabiai švytėti.

Coe-Sullivan turi kvantinio taško ekrano prototipą; tokie ekranai skleidžia itin grynas spalvas ir ilgainiui gali būti padidinti, kad galėtų konkuruoti su įprastais ekranais. (Nuotraukų kreditas: Porteris Giffordas.)

[Jei norite gauti šio tyrimo, komandos, įrangos ir prototipų vaizdų, spustelėkite čia.]

Ši istorija buvo mūsų 2006 m. gegužės mėn. numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Tai pirmasis QD Vision ekranas – vienspalvis 32 x 64 pikselių bandymo stendas technologijai, kurią Coe-Sullivan tikisi pakeisti šiuolaikiniuose didelės raiškos televizoriuose. Plonas ir lankstus, naujos kartos ekranas bus lengvai matomas saulės šviesoje ir mažiau energijos nei dabartiniame nešiojamajame kompiuteryje, sako jis. Jis taip pat apims daugiau matomo spalvų spektro nei dabartiniai ekranai ir sukurs tokio didelio kontrasto vaizdus, ​​​​kad šiandieniniai plokščiaekraniai ekranai atrodys blankūs ir išplauti.

Jo širdyje yra nanodalelės, vadinamos kvantiniais taškais, nanomastelio puslaidininkių kristalais. Keisdami dalelių dydį mokslininkai gali pakeisti jų skleidžiamą spalvą: pavyzdžiui, šešių nanometrų skersmens dalelė švytėtų raudonai, o kita iš tos pačios medžiagos, bet tik dviejų nanometrų pločio – mėlynai.

Kur šios dalelės iš tikrųjų šviečia, yra jų skleidžiamų spalvų grynumas. Ekranai sukuria milijonus spalvų iš vos trijų spalvų paletės: kiekvienas pikselis sudarytas iš raudono, žalio ir mėlyno subpikselio, o keičiant santykinį intensyvumą keičiasi matoma pikselio spalva. Skystųjų kristalų ir organinių šviesą spinduliuojančių įrenginių (OLED), naujo tipo ekranuose, subpikselių spalvos yra nešvarios. Pavyzdžiui, raudona spalva, daugiausia pagaminta iš raudonos šviesos, taip pat turi mažesnius kiekius kitų spalvų. Tačiau naudojant kvantinius taškus raudonas subpikselis skleidžia tik raudoną spalvą.

Šis grynumas reiškia, kad kvantiniais taškais pagrįstų ekranų spalvos yra sodresnės nei LCD, OLED ir net didelių gabaritų katodinių spindulių vamzdžiai (CRT), kurie vis dar vertinami dėl puikaus spalvų perteikimo. Be to, Coe-Sullivan teigia, kad kvantinių taškų ekrane galimas spalvų diapazonas yra 30 procentų didesnis nei CRT: didiname ekranuose rodomos žalios spalvos gylį ir mėlynai žalios spalvos gylį ir kt. cetera. Tai iš tikrųjų kitokia spalva, nei galima pamatyti LCD, OLED ar CRT.

Galbūt įdomiausia kvantinių taškų šviesos diodų (QD-LED) atveju yra tai, kad jie naudoja daug mažiau energijos nei LCD. Skystųjų kristalų ekranuose foninis apšvietimas apšviečia kiekvieną ekrano pikselį. Tamsūs pikseliai tiesiog blokuoja šią šviesą ir iš esmės eikvoja energiją. Iš dalies dėl to, kad kvantiniai taškai skleidžia šviesą, o ne ją filtruoja, QD-LED ekranas gali sunaudoti 30-ąją LCD ekrano galios.

Anot Vladimiro Bulovičiaus, MIT OLED ekranų eksperto, be foninio apšvietimo yra dar vienas pranašumas. Kadangi skystųjų kristalų ekranuose tamsūs pikseliai puikiai neužstoja šviesos, sako Bulovičius, juodi LCD taškai iš tikrųjų yra tik tamsiai pilki. Kita vertus, naudojant kvantinius taškus, juodi pikseliai neskleidžia šviesos. Jis sako, kad paveikslas yra aiškus ir išties įspūdingas dėl to, kad juoda spalva tikrai labai tamsi.

Stiklinės šios žėrinčios žalios medžiagos
Idėja naudoti kvantinius taškus ekranuose nėra nauja. Dešimtojo dešimtmečio pradžioje, kai chemikai, tokie kaip Moungi Bawendi, dabar MIT chemijos profesorius ir mokslinis QD Vision patarėjas, tobulino tikslių, vienodų kvantinių taškų formavimo metodus, kai kurie bandė kurti QD-LED, bet gamino tik silpnus, neefektyvius įrenginius. kad kvantiniams taškams įkalbėti, kad išspindėtų vienas fotonas, prireikė maždaug šimto tūkstančių elektronų. Priešingai, Coe-Sullivan QD-LED vienam fotonui reikia tik apie 50 elektronų.

Norint pasiekti šį pažangą, reikia tinkamų žmonių, kurie susirinktų tinkamu laiku. Tai atsitiko 2000 m., kai Coe-Sullivan atvyko į MIT kaip magistrantūros studentas ir susitiko su Bawendi ir visiškai nauju MIT elektros inžinerijos profesoriumi, kuris atvyko prieš kelias savaites – Vladimirą Bulovičių.

Tiesiog QD Vision laboratorijos durų viduje yra eilė kolbų, kuriose yra burbuliuojantis raudonas skystis – neseniai susidariusių kvantinių taškų tirpalas. Bendradarbiavimas, dėl kurio buvo sukurtas pirmasis efektyvus QD-LED ekranas, prasidėjo po to, kai Bulovičius, lankydamasis MIT, aptiko panašią sceną vieno iš Bawendi bendradarbių laboratorijoje.

Bulovičius sako, kad prieš tai, kai MIT nesusidūrė su šio žėrinčio žalia medžiaga, jis niekada nebuvo girdėjęs apie kvantinius taškus. Coe-Sullivan pasiskolino Bulovičiaus žinias apie OLED gamybos triukus ir Bawendi kvantinių taškų patirtį, taip pat pasitelkė kolegas studentus Jonathaną Steckelį ir Wing-Keungą Woo.

Tačiau net ir turint visą šią patirtį, proveržis, kuris įgalino įrenginį, įvyko iš dalies atsitiktinai. Tyrėjai sumaišė kvantinius taškus į organinių molekulių tirpalą ir mišinį paskleidė į ploną plėvelę, taikydami procesą, vadinamą sukimosi liejimu, tikėdamiesi, kad kvantiniai taškai tolygiai pasiskirstys per plėvelę. Kaip paaiškėjo, kvantiniai taškai iškilo į plėvelės paviršių ir susidėjo į tvarkingą, vienodą, vos vieno taško storio sluoksnį, o toks išdėstymas pasirodė esąs efektyvesnis nei tyrėjų planas.

Šis kvantinių taškų sluoksnis tapo daugiasluoksnio vienspalvio QD-LED šerdimi, įterptu tarp elektrodų ir krūvio transportavimo sluoksnių. Coe-Sullivan kartu su Bulovičiumi ir Gregu Moelleriu, verslo plėtros direktoriumi, 2004 m. įkūrė QD Vision, siekdami pereiti nuo šio paprasto įrenginio prie spalvoto ekrano, kurį galima pelningai gaminti.

Pagrindinis žingsnis buvo pikselių masyvų išdėstymas. QD Vision Coe-Sullivan rodo stiklinę priekinę spintelę, kuri yra kruopščiai užblokuota, kad paslėptų dalį patentuoto kvantinių taškų paskirstymo kintamuose trijų spalvų stačiakampiuose tinkleliuose, reikalinguose veikiančiam ekranui. Jau dabar technologija, kuri, anot Coe-Sullivan, turėtų lemti palyginti nebrangią gamybą, sukūrė modelius, kurių pikseliai yra mažesni nei įprasti dabartiniams ekranams.

Coe-Sullivan teigia, kad QD Vision turėtų turėti galimybę pasiskolinti iš OLED technologijos vieną pagrindinį ekrano komponentą – užpakalinę plokštumą, kuri valdo pikselius. Dabar bendrovė daugiausia dėmesio skiria savo įrenginio efektyvumo didinimui, kuris, nors ir konkuruoja su mobiliųjų telefonų ekranais, dar gali būti patobulintas.

Apskritai, Coe-Sullivanas sako, kad tikisi, kad praeis maždaug ketveri metai, kol bendrovė turės savo pirmąjį komercinį produktą – tikriausiai nedidelį ekraną mobiliajam telefonui. Tačiau jis sako, kad spalvingų vaizdų laukti bus verta.

Pagrindinio puslapio vaizdas suteiktas Porter Gifford.

paslėpti