Verbot von Cadmium Quantum Dots aus Indiumphosphid als Alternative?

Mit Quantum Dots konnten sich Qualitätssprünge bei der Farbwiedergabe von LC-Displays erzielen lassen. Doch die cadmiumbasierten Nanokristalle erwiesen sich als umweltschädlich. Forscher haben bereits eine Alternative gefunden.

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Die Nanoteilchen sorgen in der Hinterleuchtung eines LC-Displays nicht nur für bessere Farben, sondern sie bieten einen weiteren Vorteil: „Ein großer Vorteil der Quantum Dots besteht darin, dass sich ihre optischen Eigenschaften gezielt modifizieren lassen, indem man ihre Größe variiert“, erklärt Dr. Armin Wedel vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam.

Farbe hängt von der Größe der Nanoteilchen ab

„Man muss also für die einzelnen Farben Blau, Grün und Rot nicht mehr drei verschiedene Materialien herstellen, sondern kann mit einem einzigen Ausgangsmaterial arbeiten“. Das spart Zeit und Kosten. Die Potsdamer Forscher entwickeln seit einigen Jahren solche Quantum Dots 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 Wedel und sein Team für das niederländische Unternehmen NDF Special Light Products B.V. Quantum Dots für die Display-Hinterleuchtung.

Verbot von Cadmium – eine Chance für Indiumphosphid?

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. Die EU-Kommission diskutiert derzeit über ein Verbot des umweltschädlichen Cadmiums in Konsumgütern bis 2017. Bislang galt es als ideales Ausgangsmaterial für Kristalle: Cadmiumbasierte Quantum Dots erreichen eine schmalbandige Spektrumsschärfe von nur 20 bis 25 Nanometer.

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 Special Light Products Quantum Dots auf Basis von Indiumphosphid“, erzählt Wedel. Dabei erreichen die Potsdamer immerhin schon eine Spektralschärfe von 40 Nanometer.

Neben Displays auch bei Solarzellen gefragt

Das erscheint auf den ersten Blick nicht weit entfernt von der Qualität, die man mit cadmiumbasierten Quantum Dots erzielt, macht sich jedoch bei der Farbtreue noch bemerkbar. „Wir sehen das als ersten Meilenstein, arbeiten aber an einer weiteren Verbesserung“, sagt Wedel.

Die Mühe dürfte sich lohnen: Nicht nur bei Fernsehdisplayherstellern sind die kleinen Farbwunder begehrt. Auch für Sonderanwendungen, etwa Displays für die Medizintechnik oder die Luftfahrt, gibt es ein großes Marktpotenzial. Des Weiteren könnten Quantum Dots 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. „Aufgrund unserer langjährigen Erfahrung bei kundenspezifischen Quantum Dots sind wir dafür gut gerüstet“, schließt Wedel ab.

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