Fraunhofer IAP Nanoteilchen sorgen für brillante, satte Farben

Mit Quantum Dots von Fraunhofer IAP lässt sich jede beliebige Farbe in sehr hoher Brillanz herstellen.
Mit Quantum Dots von Fraunhofer IAP lässt sich jede beliebige Farbe in sehr hoher Brillanz herstellen.

Hohe Auflösung ist ein Grund für die immer realistischere Darstellung am Display, doch auch die Farben spielen eine entscheidende Rolle: Dank Nanoteilchen, den Quantum Dots (QD), werden Farben immer brillanter und satter. Deren optische Eigenschaften sind gezielt durch Variation ihrer Größe modifizierbar.

Diese umweltfreundlichen, nur wenige Atome dicken Quantum Dots sorgen in der Hinterleuchtungseinheit eines LC-Displays mit QD-Technik laut Dr. Armin Wedel vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP »nicht nur für ein Feuerwerk der Farben, sondern haben noch eine andere herausragende Eigenschaft: Ein großer Vorteil der Quantum Dots besteht darin, dass sich ihre optischen Eigenschaften gezielt modifizieren lassen, indem man ihre Größe variiert.« Weil man folglich für die einzelnen Farben Blau, Grün und Rot nicht mehr drei verschiedene Materialien herstellen müsse, sondern mit einem einzigen Ausgangsmaterial arbeiten könne, »spart dies Zeit und Kosten«.

Bereits seit einigen Jahren entwickeln die Postdamer Forscher derartige Quantum Dots für Kunden aus unterschiedlichen Branchen. »Für jede Anwendung stellen wir die Nanoteilchen durch chemische Synthese maßgeschneidert her«, erläutert Wedel. Dabei entstehen zunächst sehr kleine Teilchen, die blaues Licht aussenden. Ab einer Größe von etwa 2 nm ändert sich die Farbe zu grün, die mit 7 nm größten Nanoteilchen emittieren im roten Spektralbereich. Derzeit entwickeln Wedel und sein Team für das niederländische Unternehmen NDF Special Light Products B.V. Quantum Dots für die Display-Hinterleuchtung. »Sie sollen die Farbwiedergabe der Displays verbessern und die Farben naturgetreuer darstellen«, sagt der Fraunhofer-Forscher. Dazu werden Kristalle für verschiedene Emissionsfarben hergestellt und in Kunststoffe eingebracht. Anschließend werden diese Kunststoffe zu Folien verarbeitet und als Konvertierungsfilm in das Display eingebaut.

Indiumphosphid ersetzt Cadmium

Weil die EU-Kommission derzeit über ein Verbot des umweltschädlichen Cadmiums in Konsumgütern bis 2017 diskutiert, stehen die Forscher vor einer neuen Herausforderung. Bislang galt Cadmium als ideales Ausgangsmaterial für die Herstellung der Kristalle, auf Cadmium basierende Quantum Dots erreichen eine schmalbandige Spektrumsschärfe von nur 20 bis 25 nm. Weltweit suchen Displayhersteller nun nach geeigneten Materialien mit ähnlichen Eigenschaften. Am IAP ist man hier auf einem vielversprechenden Weg: »Wir erproben in Kooperation mit NDF Special Light Products Quantum Dots auf Basis von Indiumphosphid«, sagt Wedel. Dabei wird immerhin schon eine Spektralschärfe von 40 nm erreicht. Das erscheint auf den ersten Blick nicht weit entfernt von der Qualität, die man mit cadmiumbasierenden Quantum Dots erzielt, macht sich jedoch bei der Farbtreue noch bemerkbar. »Wir sehen das als ersten Meilenstein, arbeiten aber an einer weiteren Verbesserung«, sagt Wedel.

Gelingt der Durchbruch zu einem vermarktungsfähigen Produkt, wird sich die Mühe gelohnt haben: Nicht nur bei TV-Panel-Herstellern sind die kleinen Kristalle begehrt. Auch für Sonderanwendungen - etwa Displays für die Medizintechnik oder die Luftfahrt - gibt es ein großes Marktpotenzial. Des weiteren könnten Quantum Dots auch den Wirkungsgrad von Solarzellen steigern oder in der Bioanalytik eingesetzt werden. Für solche Spezialanwendungen müssen die optischen Eigenschaften der QD aber genau an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. »Aufgrund unserer langjährigen Erfahrung bei der Herstellung kundenspezifischer Quantum Dots sind wir dafür gut gerüstet«, ist Wedel optimistisch.