Quantum-dot teknologi gør LCD-tv'er mere farverige, energieffektiv

Hvis LCD-tv'er begynder at blive meget mere farverige – og energieffektive – i løbet af de næste par år, det vil sandsynligvis være takket være MIT spinout QD Vision, en pioner inden for quantum-dot tv-skærme.

Kvanteprikker er lysemitterende halvleder nanokrystaller, der kan tunes - ved at ændre deres størrelse, nanometer for nanometer - for at udsende alle farver på tværs af det synlige spektrum.

Ved at indstille disse prikker til rød og grøn, og bruge et blåt baggrundslys til at give dem energi, QD Vision har udviklet en optisk komponent, der kan øge farveskalaen for LCD-fjernsyn med omkring 50 procent, og øge energieffektiviteten med omkring 20 procent.

juni sidste år, Sony brugte QD Visions produkt, kaldet Color IQ, i millioner af deres Bravia "Triluminos" fjernsyn, markerer det første kommercielle kvanteprik-display nogensinde. I september, Den kinesiske elektronikproducent TCL begyndte at implementere Color IQ i visse modeller.

Disse er i øjeblikket kun tilgængelige i Kina, "fordi der er megen vækst for tv-markedet, " siger Seth Coe-Sullivan PhD '05, medstifter og teknologichef for QD Vision, som var med til at opfinde teknologien på MIT. Men inden for et par måneder, han siger, disse skærme vil "rulle ud til resten af ​​verden."

Udskiftning af pæren

I konventionelle LCD-tv, pixels oplyses af en hvid LED-baggrundsbelysning, der passerer gennem blå, rød, og grønne filtre til at producere farverne på skærmen.

Men dette kræver faktisk fosfor for at omdanne et blåt lys til hvidt; på grund af denne proces, meget lys går tabt, og skærme når kun omkring 70 til 80 procent af National Television Standard Committees farveskala. Producenter kan potentielt booste farve ved at inkorporere flere LED'er, men dette koster mere og kræver mere energi at køre.

Color IQ er et tyndt glasrør, fyldt med kvanteprikker indstillet til rød og grøn, der implementeres under synteseprocessen. Producenter bruger en blå LED i baggrundsbelysningen, men uden behov for omdannelsesfosfor. Når blåt lys passerer gennem Color IQ-røret, noget lys skinner igennem som rent blåt lys, mens nogle absorberes og genudsendes af prikkerne som ren rød og ren grøn.

Med mere lys, der skinner gennem pixels, LCD-tv udstyret med Color IQ producerer 100 procent af farveskalaen, med større strømeffektivitet end nogen anden teknologi.

"Værdiforslaget er, at du ikke ændrer displayet, alt du gør er at udskifte pæren, og alligevel ser hele skærmen meget bedre ud. Farverne er meget mere levende - kendt som meget mere mættede - hvilket giver dig mulighed for at generere et meget mere troværdigt billede, " siger QD Vision medstifter og videnskabelig rådgiver Vladimir Bulovic, Fariborz Maseeh-stolen i Emerging Technology ved MIT, som også medleder MIT Innovation Initiative.

Grøn fra "vugge til grav"

Mens QD Vision sigter mod at bringe forbrugerne mere farvemættede skærme, Color IQ har også en positiv miljøpåvirkning, som gav virksomheden Presidential Green Chemistry Challenge Award fra U.S. Environmental Protection Agency i oktober.

Mens virksomheden udviklede sin Color IQ - som erstatter fosfor i skærme - udviklede virksomheden en meget grønnere syntese, ifølge EPA. Denne syntese involverer udskiftning af alkylphosphinopløsningsmidler med langkædede carbonhydrider, som er mindre farlige, og udskiftning af cadmium og zink byggesten med mindre farlige materialer.

Dette eliminerer 40, 000 liter giftige opløsningsmidler og 100 kg giftigt cadmiumaffald i amerikansk produktion hvert år. Brug af komponenterne i 20 millioner tv'er forventes at spare 600 millioner kilowatt-timer elektricitet om året på verdensplan – nok elektricitet til at forsyne 50, 000 gennemsnitlige amerikanske hjem.

"Vi har været i stand til at vise, vugge til grav, fra de materialer, vi bruger, til, hvordan vi laver det, til, hvordan det bliver bragt til hvile, at der er en miljømæssig fordel, " siger Coe-Sullivan.

Andre teknologier, kaldet organic light-emitting diode (OLED) displays, bruge en organisk forbindelse til at nå op på 100 procent af farveskalaen - men de er meget dyre at producere. LCD-tv'er lavet med Color IQ er lige så farverige, men er lavet for et par hundrede dollars mindre og fungerer med større effektivitet, Coe-Sullivan siger.

Belysning til skærme, og tilbage

QD Visions teknologi begyndte på MIT for mere end ti år siden. Coe-Sullivan, derefter ph.d.-studerende i elektroteknik og datalogi, arbejdede med Bulovic og elever fra Moungi Bawendi, Lester Wolfe professor i kemi, om implementering af kvanteprikker i elektroniske enheder.

I en undersøgelse finansieret af MIT's Deshpande Center for Teknologisk Innovation, Coe-Sullivan, QD Vision medstifter Jonathan Steckel PhD '06, og andre udviklede en banebrydende teknik til fremstilling af quantum-dot LED'er (QLED'er). For at gøre det, de lagde et lag af kvanteprikker, nogle få nanometer tyk, mellem to organiske tyndfilm. Når den er elektrisk opladet, prikkerne oplyste en pære 25 gange mere effektivt end traditionelle enheder.

Det resulterende papir, udgivet i Natur i 2002, blev et vartegn inden for quantum-dot-devices feltet. "Snart ringede venturekapitalister til Vladimir, spørger, om vi vil udskille et firma, " siger Coe-Sullivan.

Coe-Sullivan begyndte at lege med ideen om at starte en virksomhed. Derefter, et tilfældigt møde ved et cocktailparty i Martin Trust Center for MIT Entrepreneurship - med en tidligere klassekammerat, QD Vision-medstifter Greg Moeller MBA '02—satte fart på tingene. Tidligt om aftenen, de to begyndte at diskutere Coe-Sullivans QLED-fremskridt; de befandt sig hurtigt oppe hele natten i et laboratorium i bygning 13, uddybe en forretningsstrategi.

Efter den samtale, Coe-Sullivan tilmeldte sig 15.390 (New Ventures) for at videreudvikle en forretningsmodel. "Det har ført til den mere stringente dannelse af salgs- og marketingplaner, og produktskabelse, " siger han. I 2004 Coe-Sullivan, Bulovic, Møller, Steckel, og mentor Joe Caruso lancerede QD Vision.

I 2010 virksomheden lancerede sit første produkt, en QD pære, med partner Nexxus Lighting. Imidlertid, at indse, at denne 100 dollars pære snart skulle sælges for 10 dollars for at forblive konkurrencedygtig, QD Vision så, at det havde brug for et nyt marked:kvanteprikker. "At lave en sådan overgang [fra belysning til skærme] tester nerverne hos de involverede mennesker, fra top til bund, " siger Coe-Sullivan. "QD Visions historie er en af ​​mange … anspændte øjeblikke, og det var en af ​​dem."

At samle alle ressourcer i skærme, virksomheden fik til sidst øje på Sony, og sidste år blev den første til at markedsføre med en kvante-dot display. I dag, QD Vision er fortsat en af ​​kun to kvanteprikker-displayvirksomheder, der har set deres produkter gå på markedet.

Nu, med en kraftig stigning i kommerciel brug, quantum-dot teknologier er positioneret til at trænge ind i displayindustrien, Coe-Sullivan siger. Sammen med Color IQ-drevne LCD-tv'er, Amazon udgav en kvante-dot Kindle sidste år, og Asus har en quantum-dot notesbog. "Og der er intet imellem, som kvanteprikker ikke kan adressere, " han siger.

I fremtiden, Coe-Sullivan tilføjer, QD Vision kan endda gå tilbage og tackle sin første udfordring:QD-pærer. "Markedet har stabiliseret sig en del, " siger han. "Et eller andet sted hen ad linjen, Vi mener, at der er en anvendelse og et værdiforslag til kvanteprikbelysning."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.