Neue Tools für die Charakterisierung von Quantenpunkt-Displays | ZHAW Institute of Computational Physics ICP

Eine vielversprechende Technologie für den Einsatz in LCD-Bildschirmen sind sogenannte Quantenpunkte (Quantum Dots). Mit Hilfe von Quantenpunkten lässt sich die Hintergrundbe-leuchtung verbessern, wodurch brillantere Farben entstehen und sich gleichzeitig der interne Aufbau vereinfacht. In diesem Projekt erweitern wir bestehende Simulationssoftware und entwickeln neue Messgeräte, um die Forschung und Entwicklung in diesem Bereich zu unterstützen.

Mitwirkende:     K. P. Pernstich, M. Frioud, A. Bachmann, C. Kirsch, M. Regnat, B. Ruhstaller
Partner:            Fluxim AG
Finanzierung:   Innosuisse
Dauer:              2021–2024

Abbildung 1: QD-Film in einem LCD-Bildschirm (oben) sowie in einem OLED Bildschirm (unten). Quelle: Nanosys Inc.

In neueren LCD-Bildschirmen besteht die Hintergrundbeleuchtung nicht mehr aus einer Lichtquelle, die weisses Licht abgibt, z. B. einer weissen LED, sondern aus einer Kombination aus blauer LED und einem Quantenpunkt-(QD)-Film. Der QD-Film nimmt das blaue Licht auf und gibt es in einer der anderen Grundfarben, also rot oder grün, wieder ab, womit sich eine brillantere Farbwiedergabe ergibt. Neben LCD-Bildschirmen haben sich auch organische Leuchtioden (OLEDs) als marktreife Technologie etabliert. Neben gewissen anderen Vorteilen bieten OLED-Bildschirme eine bessere Bildqualität als LCDs. Neueste Entwicklungen möchten nun die Vorteile beider Technologien nutzen und QD-Filme zusammen mit blauen OLEDs als neue Technologie einsetzen. Abbildung 1 illustriert diesen neuen Trend in der Display-Branche.

Abbildung 2: CAD Entwurf des Messgerätes mit Klimakammer, Probenhalter, Objektiv und Kamera.

Um von dieser neuen Technologie profitieren zu können, haben sich koreanische und Schweizer Partnerorganisationen in diesem internationalen Innosuisse-Projekt zusammengeschlossen. Die schweizerische Partnerfirma Fluxim AG erweitert ihre Produkte im Bereich Messgeräte und Simulationssoftware. Die koreanische Partnerfirma entwickelt ein Verfahren, um die Quantenpunkte zu verkapseln und so haltbarer zu machen. Die akademischen Partner in Korea beschäftigen sich mit der Herstellung und Optimierung von blauen OLEDs und mit einem Tintenstrahl-Druckverfahren um die QD-Filme gezielt über einzelnen OLEDs anzubringen.

Am ICP beteiligen wir uns an der Weiterentwicklung eines Modells, um die Lichtausbreitung im Raum auch in Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung des Lichts berechnen zu können und auch an der Entwicklung eines Messgeräts zur detaillierten Untersuchung der QD-Filme bzw. der QD-OLEDs. Abbildung 2 zeigt den CAD-Entwurf dieses Geräts, mit dem die Schädigung von QD-Filmen bei verschiedenen Temperaturen und unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen wie einer inerten Stickstoffatmosphäre oder trockener/feuchter Luft gemessen werden kann.

Abbildung 3: Rechenbeispiel für Lichtausbreitung durch eine Schichtfolge mit absorbierenden Medien mit Verfolgung des Polarisationszustands. Ein unpolarisierter Mutterstrahl (blau, beschriftet ‘m’) wird lanciert in einem nicht absorbierenden, untersten Medium. Die angegebenen komplexen Zahlen sind die zugehörigen Brechungsindizes der Medien. Für diesen Fall beträgt die Intensität des nach oben ausgekoppelten Strahls (grün, beschriftet ‘mttt’) 67 % der Intensität des Mutterstrahls und hat eine partielle p-Polarisation von 28 %.

Abbildung 3 zeigt ein Beispielszenario des neuen Software-Prototyps für Lichtausbreitung.