Zoals de meeste technologieën decennia geleden, kenden liquid crystal displays (LCD’s) een vrij weinig glamoureuze start. De eerste lcd-schermen die eind jaren zestig op de markt kwamen, waren verantwoordelijk voor het verzenden van individuele nummers op digitale horloges en zakrekenmachines. Het zou bijna 20 jaar duren voordat ingenieurs eendimensionale matrix LCD-schermen zouden transformeren in tweedimensionale actieve matrixschermen. En er zouden er nog een dozijn nodig zijn om de droom van de vroege LCD-makers te realiseren: een aan de muur te monteren display dat zou kunnen wedijveren met de kathodestraalbuistelevisie.
Sindsdien is het LCD-scherm voortdurend verfijnd om steeds scherpere, helderdere en over het algemeen aangenamere beelden te produceren. Hoewel verschillende bedrijven hun eigen draai hebben gegeven aan het uiterlijk van lcd-schermen, zijn de principes over de hele linie grotendeels hetzelfde.
Een paneel van witte LED’s dient als lichtbron voor beeldvorming. Dit licht bevat een breed spectrum aan golflengten, inclusief alle kleuren in het zichtbare en nabij-infrarode bereik (Figuur 1(a)). Elke pixel in een LCD-scherm bevat drie kleurenfilters waarmee rood, blauw of groen licht het oog van de kijker kan bereiken. Wanneer deze subpixels alle LED-achtergrondverlichting doorlaten, lijkt de hele pixel wit. Wanneer subpixels alle achtergrondverlichting blokkeren, wordt de pixel zwart. De truc om verschillende kleuren te genereren, is door de lichtintensiteit te moduleren die elke subpixel doorlaat.
Dat is waar vloeibare kristallen binnenkomen.
Afbeelding: StackSocial
Vloeibare kristallen zijn letterlijk een stof die bestaat uit kristallen die zich gezamenlijk gedragen als een vloeistof. Stel je elk kristal voor als een kleine rijstkorrel. Door deze korrels dun uit te spreiden, zullen sommige korrels verticaal worden georiënteerd, sommige horizontaal en alle andere langs een hoek ertussen. Blijkt dat dit zorgt voor een geweldig lichtfilter.
Geklemd tussen twee polarisatoren, kan een vloeibaar-kristalfilm licht met intensiteitswaarden van 0 tot 255 door de afzonderlijke subpixels op een LCD-scherm laten gaan. Dat wordt mogelijk gemaakt door een elektrisch veld dat de oriëntatie van de kristallen op de film verandert. Omdat de intensiteit van het licht dat elke subpixel binnenkomt individueel kan worden gewijzigd (en elke verschillende combinatie van lichtintensiteit een unieke kleur vertegenwoordigt), kan een standaard LCD-scherm ongeveer 16 miljoen (256 x 256 x 256) verschillende kleuren produceren.
Dat betekent dat LCD-schermen een breed net werpen over het hele bereik van kleuren die zichtbaar zijn voor het menselijk oog, of wat bekend staat als het kleurengamma.
Maar er is een limiet aan hoe ver traditionele LCD-schermen dat kleurenweb kunnen uitrekken. En dat komt door de led-achtergrondverlichting. Omdat de output van een beeldscherm uiteindelijk slechts zo levendig is als de lichtbron, en ondanks dat ze een breed spectrum hebben, produceren witte LED’s in een LCD-scherm redelijk diffuus licht dat door verschillende filters moet gaan. Over het algemeen maakt dat de beeldkwaliteit suboptimaal.
Dus hoe gaan moderne LCD-fabrikanten met dit probleem om? Simpelweg door kwantumafmetingen toe te voegen aan het traditionele achtergrondverlichtingssysteem.
In plaats van een enkele laag witte LED’s, worden LCD-achtergrondverlichting van de volgende generatie gedeconstrueerd in twee lagen: een paneel van LED’s die gloeien met blauw licht, en een polymeerfilm van kwantumdots (QD’s) die dat licht omzet in rood en groen licht ( Figuur 1 (b)). In tegenstelling tot de samensmelting van diffuus blauw, rood en groen licht dat wordt uitgestraald door een geheel witte LED, produceert dit gedeconstrueerde systeem licht met hoge intensiteit van elke golflengte. Dankzij het zeer zuivere licht dat door QD’s wordt gegenereerd, kunnen deze LCD’s van de volgende generatie ongeveer 25 miljoen kleuren produceren, ongeveer 50% meer dan een conventioneel LCD-scherm (Afbeelding 2). Dit is het resultaat van de grotere dekking van het kleurengamma van QD LCD dan standaard LCD in de ruimte van het CIE-chromaticiteitsdiagram (Figuur 1(c)). Terwijl standaard LCD tot 70-75% van de Rec2020-kleurstandaard kan dekken, kan QD LCD tot 85% van de kleurstandaard dekken [1]. Dat vertaalt zich in een bredere dekking van het kleurengamma, een hoger contrast en een helderder beeld, allemaal met minder kracht. [2].
Afbeelding 1. LCD-schema: a) conventioneel, b) met kwantumdots, c) LCD-kleurengammadekking
Figuur 2. Afbeeldingen van conventionele LCD-schermen (links) en quantum dots (rechts) [2]
De kwantumdots die gewoonlijk worden gebruikt in de QD-lcd’s van vandaag zijn gemaakt van cadmiumselenide (CdSe) en indiumfosfide (InP). QUANTUM SOLUTIONS ontwikkelt momenteel een nieuwe klasse QD’s voor weergavetoepassingen gemaakt van perovskiet quantum dot-materialen.
“Perovskiet” verwijst naar een kristalstructuur met de formule ABX3. De structuur bestaat uit vier octaëders met een halogeen (bijv. chloor, broom of jodium) op hun hoekpunten en een overgangsmetaal (bijv. lood of tin) in het midden. In het midden van de vier octaëders bevindt zich een cesium-ionatoom of een organisch formamidinium. [CH(NH2)2+] of methylammonium [CH3NH3+] molecuul [4].
Perovskieten wekken grote interesse in de wereld van fotovoltaïsche energie vanwege hun combinatie van brede absorptie, een grote capaciteit om ladingsdragers te transporteren, hoge tolerantie voor defecten en gemakkelijke fabricage.
QD’s met een Perovskiet-structuur Perovskite QD’s bieden een hogere efficiëntie en kleurzuiverheid dan hun CdSe- en InP-tegenhangers en zouden de toekomst van LCD-technologie kunnen vertegenwoordigen. De technologie belooft 80-95% van de Rec2020 standaard kleurengammadekking te leveren, meer dan enige andere quantum dot-technologie. QUANTUM SOLUTIONS ontwikkelt QD- en perovskietfilms voor LCD-schermtoepassingen en verwacht binnenkort een perovskiet QD-gebaseerd LCD-prototype te introduceren.
Heb je hier enig idee van? Laat het ons hieronder weten in de comments of neem de discussie mee naar onze Twitter of Facebook.
Aanbevelingen van de redactie:
