Pantallas de nanocristales

Seth Coe-Sullivan, director de tecnología en Watertown, MA, startup QD Vision, sujeta pinzas de cocodrilo a dos bordes de una oblea transparente del tamaño de la pantalla de un teléfono celular y acciona un interruptor: un rectángulo que llena el centro de la oblea gira repentinamente desde plateado reflectante hasta rojo tenue. Un trabajador de laboratorio apaga las luces de la habitación para intensificar el efecto, pero esto no es necesario. Coe-Sullivan gira una perilla y el dispositivo comienza a brillar intensamente.

Coe-Sullivan sostiene un prototipo de pantalla de puntos cuánticos; tales pantallas emiten colores extremadamente puros y eventualmente podrían ampliarse para competir con las pantallas convencionales. (Crédito de la foto: Porter Gifford.)

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Esta historia fue parte de nuestro número de mayo de 2006

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Esta es la primera pantalla de QD Vision: un banco de pruebas monocromático de 32 por 64 píxeles para una tecnología que Coe-Sullivan espera que reemplace a las que se utilizan en los televisores de alta definición actuales. Delgada y flexible, la pantalla de próxima generación será fácil de ver a la luz del sol y necesitará menos energía que la de su computadora portátil actual, dice. También cubrirá más del espectro de color visible que las pantallas actuales y producirá imágenes de tan alto contraste que las pantallas planas de hoy se verán apagadas y descoloridas en comparación.

En su corazón hay nanopartículas llamadas puntos cuánticos, cristales semiconductores a nanoescala. Al alterar el tamaño de las partículas, los investigadores pueden cambiar el color que emiten: por ejemplo, una partícula de seis nanómetros de diámetro brillaría en rojo, mientras que otra del mismo material pero de solo dos nanómetros de ancho brillaría en azul.

Donde realmente brillan estas partículas es en la pureza de los colores que emiten. Las pantallas crean millones de colores a partir de una paleta de solo tres: cada píxel está formado por un subpíxel rojo, verde y azul, y al variar sus intensidades relativas varía el color aparente del píxel. En las pantallas LCD y los dispositivos emisores de luz orgánica (OLED), un nuevo tipo de pantalla, los colores de subpíxeles son impuros. El rojo, por ejemplo, aunque está compuesto principalmente de luz roja, también contiene cantidades más pequeñas de otros colores. Sin embargo, con los puntos cuánticos, el subpíxel rojo emite solo rojo.

Esta pureza significa que las pantallas basadas en puntos cuánticos tienen un color más saturado que los LCD, OLED e incluso los voluminosos tubos de rayos catódicos (CRT), que siguen siendo apreciados por su excelente reproducción del color. Es más, dice Coe-Sullivan, la gama de colores posibles en una pantalla de puntos cuánticos es un 30 por ciento mayor que en los CRT: estamos aumentando la profundidad del verde que pueden mostrar las pantallas y la profundidad del azul-verde, etc. cetera. En realidad, es de un color diferente al que se puede ver en una pantalla LCD, OLED o CRT.

Quizás lo más emocionante de los LED de puntos cuánticos (QD-LED) es que usan mucha menos energía que los LCD. En las pantallas LCD, una luz de fondo ilumina cada píxel de la pantalla. Los píxeles oscuros simplemente bloquean esta luz, de hecho, desperdician energía. En parte porque los puntos cuánticos emiten luz en lugar de filtrarla, una pantalla QD-LED podría usar una 30 parte de la potencia de una LCD.

Y hay otro beneficio de no tener una luz de fondo, según Vladimir Bulovic, un experto del MIT en pantallas OLED. Debido a que en las pantallas LCD los píxeles oscuros no bloquean la luz a la perfección, dice Bulovic, los píxeles negros en las pantallas LCD son en realidad solo gris oscuro. Con los puntos cuánticos, por otro lado, los píxeles negros no emiten luz. Lo que hace que la imagen sea nítida y realmente te llame la atención es que el negro es muy, muy oscuro, dice.

Vasos de este material verde resplandeciente
La idea de utilizar puntos cuánticos en pantallas no es nueva. A principios de la década de 1990, cuando químicos como Moungi Bawendi, ahora profesor de química del MIT y asesor científico en QD Vision, estaban perfeccionando técnicas para formar puntos cuánticos precisos y uniformes, algunos intentaron hacer QD-LED, pero solo produjeron dispositivos tenues e ineficientes. eso requirió alrededor de cien mil electrones para hacer que los puntos cuánticos emitieran un solo fotón. En contraste, los QD-LED de Coe-Sullivan requieren solo alrededor de 50 electrones por fotón.

Lograr este avance requirió que las personas adecuadas se unieran en el momento adecuado. Eso sucedió en 2000, cuando Coe-Sullivan llegó al MIT como estudiante de posgrado y conoció a Bawendi y a un nuevo profesor de ingeniería eléctrica del MIT que había llegado unas semanas antes: Vladimir Bulovic.

Justo dentro de la puerta del laboratorio de QD Vision hay una fila de matraces que contienen un líquido rojo burbujeante, una solución de puntos cuánticos formados recientemente. La colaboración que condujo a la primera pantalla QD-LED eficiente comenzó después de que Bulovic, en una visita al MIT, se topara con una escena similar en el laboratorio de uno de los colaboradores de Bawendi.

Bulovic dice que antes de encontrar vasos de este material verde brillante en el MIT, nunca había oído hablar de los puntos cuánticos. Coe-Sullivan tomó prestado el conocimiento de Bulovic sobre los trucos de fabricación de OLED y la experiencia en puntos cuánticos de Bawendi y también contó con la ayuda de sus compañeros de estudios Jonathan Steckel y Wing-Keung Woo.

Sin embargo, incluso con toda esta experiencia, el avance que permitió el dispositivo se produjo en parte por accidente. Los investigadores habían mezclado puntos cuánticos en una solución de moléculas orgánicas y extendieron la mezcla en una película delgada mediante un proceso llamado spin-casting, con la esperanza de que los puntos cuánticos se dispersaran uniformemente a través de la película. Al final resultó que, los puntos cuánticos subieron a la superficie de la película y se ensamblaron en una capa ordenada y uniforme de solo un punto de grosor, una disposición que resultó ser más eficiente que la que habían pretendido los investigadores.

Esta capa de puntos cuánticos se convirtió en el núcleo de un QD-LED multicapa de un solo color, intercalado entre electrodos y capas de transporte de carga. Coe-Sullivan, junto con Bulovic y Greg Moeller, director de desarrollo comercial, fundaron QD Vision en 2004 para pasar de este dispositivo simple a una pantalla a todo color que se puede fabricar de manera rentable.

Un paso importante fue organizar matrices de píxeles. En QD Vision, Coe-Sullivan señala un gabinete con frente de vidrio cuidadosamente bloqueado para ocultar parte de un proceso patentado para distribuir puntos cuánticos en las cuadrículas rectangulares alternas de tres colores necesarias para una pantalla de trabajo. La técnica, que según Coe-Sullivan debería conducir a una fabricación relativamente económica, ya ha producido patrones con píxeles más pequeños que los típicos de las pantallas actuales.

Coe-Sullivan dice que QD Vision debería poder tomar prestado de la tecnología OLED un componente clave de las pantallas, el plano posterior que controla los píxeles. Ahora la empresa se centra en mejorar la eficiencia de su dispositivo, que, si bien es competitivo con las pantallas de los teléfonos móviles, aún podría mejorarse.

En total, Coe-Sullivan dice que espera que pasen unos cuatro años antes de que la compañía tenga su primer producto comercial, probablemente una pequeña pantalla para un teléfono celular. Pero dice que las coloridas imágenes valdrán la pena la espera.

Imagen de la página de inicio cortesía de Porter Gifford.

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