Umweltfreundliche Quantenpunkte

Quantenpunkte haben für einen Qualitätssprung bei der Farbwiedergabe in LC-Displays gesorgt. Diese cadmium­basierten Nanokristalle entpuppten sich allerdings als umwelt­schädlich. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymer­forschung IAP arbeiten gemeinsam mit dem nieder­ländische Unternehmen NDF Special Light Products an einer viel­versprechenden Alternative: Quantenpunkte aus Indium­phosphid.

Armin Wedel und sein Team vom IAP entwickeln seit einigen Jahren Quantenpunkte für Kunden aus unter­schiedlichen Branchen. Für jede Anwendung stellen sie die Nano­teilchen durch chemische Synthese maß­geschneidert her. Dabei entstehen zunächst sehr kleine Teilchen, welche blaues Licht aussenden. Ab einer Größe von etwa zwei Nanometer ändert sich die Farbe zu grün. Die mit sieben Nanometer größten Quanten­punkte emittieren im roten Spektral­bereich. Aktuell entwickeln die Forscher für NDF Quanten­punkte für die Display-Hinterleuchtung. Sie sollen die Farb­wiedergabe der Displays verbessern und die Farben natur­getreuer darstellen. Dazu werden Kristalle für verschiedene Emissions­farben hergestellt und in Kunststoffe eingebracht. Diese Kunststoffe werden anschließend zu Folien verarbeitet und als Konvertierungs­film in das Display eingebaut.

Bei dieser Aufgabe stehen die Forscher vor einer neuen Heraus­forderung: Die EU-Kommission diskutiert derzeit über ein Verbot des umwelt­schädlichen Cadmiums in Konsumgütern bis 2017. Bislang galt es als ideales Ausgangs­material für die Herstellung der Kristalle: Cadmium­basierte Quanten­punkte erreichen eine schmal­bandige Spektrums­schärfe von nur 20 bis 25 Nanometern. 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 Quanten­punkte auf Basis von Indium­phosphid“, so Wedel. Dabei erreichen die Forscher immerhin schon eine Spektral­schärfe von vierzig Nanometern. Das erscheint auf den ersten Blick nicht weit entfernt von der Qualität, die man mit cadmium­basierten Quanten­punkte erzielt, macht sich jedoch bei der Farbtreue noch bemerkbar. „Wir sehen das als ersten Meilenstein,“ betont Wedel, „arbeiten aber an einer weiteren Verbesserung.“

Die Mühe dürfte sich lohnen: Nicht nur bei Herstellern von Fernseh­displays sind die kleinen Farbwunder begehrt. Auch für Sonder­anwendungen, etwa Displays für die Medizin­technik oder die Luftfahrt, gibt es ein großes Markt­potenzial. Des Weiteren könnten Quanten­punkte auch den Wirkungsgrad von Solarzellen steigern oder in der Bioanalytik eingesetzt werden. Für solche Spezial­anwendungen müssen die optischen Eigenschaften der Quanten­punkte genau an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden.

FhG / RK