Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Hsueh-Shih (Sean) Chen von der National Tsing Hua University hat kürzlich angekündigt, dass es ein neues Quantenpunktmaterial entwickelt hat, das stabiler ist und realistischere Farben liefert. Die Haupteinschränkungen der derzeitigen Quantenpunkt-Displaymaterialien sind, dass sie instabil und leicht zu beschädigen sind; das Team hat dies durch ein wachsendes „Schild“ von etwa einem Nanometer an den Kristallfacetten jedes Quantenpunktes behoben. Das neue Material hat eine breite Palette von Anwendungen, einschließlich der in Fernsehern, Computern, Mobiltelefonen und Kameras verwendeten Bildschirme.
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A research team led by Professor Hsueh-Shih Chen of NTHU has recently announced that they have developed a new quantum dot material which is more stable and provides more realistic color. (Photo: National Tsing Hua University)
Mit der Unterstützung der NTHU hat das Team bereits Patente für das neue Material angemeldet und die HsinLight Inc. gegründet, um es im kommerziellen Maßstab zu produzieren. Es wird erwartet, dass die ersten Quantenpunkt-Bildschirme noch 2020 hergestellt werden.
Die meisten der derzeit auf dem Markt erhältlichen Displays sind Flüssigkristalldisplays (LCD), die eine bestimmte Farbabstufung und Sättigung aufweisen und nur etwa ein Drittel der für das menschliche Auge sichtbaren Farben darstellen können. Selbst die so genannten „Retinal Grade“ OLED-Displays, die in Geräten wie dem iPhone 11 verwendet werden, können nur etwa die Hälfte der für das menschliche Auge sichtbaren Farben darstellen. Displays, die mit neuem QD-Material (QLED TV) ausgestattet sind, werden fast 90 % der für das menschliche Auge sichtbaren Farben darstellen können.
Es sind jedoch noch einige Herausforderungen zu meistern, bevor Quantenpunkt-Material auf breiter Basis eingesetzt werden kann. Chen erklärte, dass Quantenpunkte kugelförmige Kristalle von etwa drei Nanometern Größe sind und leicht durch Wasser und sauerstoffhaltige Moleküle beschädigt werden können, was ihre Leuchtkraft verringert. Gegenwärtig kontrollieren große Hersteller wie Samsung dieses Problem, indem sie die Quantenpunkte in eine Schutzfolie einlegen, was jedoch nicht kostengünstig ist – zudem haben schon kleine Stiftlöcher zur Folge, dass die Folie ihre Schutzfunktion verliert.
Inspiriert von dem Schild, das der Comic-Superheld Captain America in der Avengers-Serie verwendete, kam Chen auf die Idee, jedem Quantenpunkt einen eigenen Schild von etwa einem Nanometer Größe zu geben, der effektiv Wasser und Oxidation widersteht und zudem die Materialstabilität und die Lebensdauer des Displays erhöht.
In den vergangenen zwei Jahren haben mehrere Unternehmen damit begonnen, Fernseher mit Quantenpunkt-Technologie anzubieten, doch aufgrund der Zerbrechlichkeit von Quantenmaterialien sind diese schwer in Massenproduktion herzustellen, und der Preis ist relativ hoch. Die Verwendung von Chens einzigartiger Schild-Technologie zum Schutz der Quantenpunkte wird die Produktionskosten jedoch erheblich senken.
Ein typischer 55-Zoll-Quantenpunkt-Bildschirm besteht aus mehr als 100 Millionen Billionen (10. bis 20. Potenz) Quantenkristallen, und Chens Forschungsteam hat eine Technik zur präzisen Kontrolle der Größe jedes Quantenpunktes entwickelt, so dass sich jeder Quantenkristall in der Größe um nicht mehr als 0,5 Nanometer unterscheidet. Die präzise Kontrolle der Größe der Quantenpunkte und Schilde ermöglicht die präzise Emission von Blau, Grün, Gelb, Orange, Rot, Infrarot und anderen Farben.
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