Se i televisori LCD inizieranno a diventare molto più colorati ed efficienti dal punto di vista energetico nei prossimi anni, sarà probabilmente grazie allo spinout del MIT QD Vision, un pioniere dei display televisivi a punti quantici.

I punti quantici sono nanocristalli semiconduttori emettitori di luce che possono essere sintonizzati, cambiando le loro dimensioni, nanometro per nanometro:per emettere tutti i colori nello spettro visibile.

Sintonizzando questi punti su rosso e verde, e usando una retroilluminazione blu per energizzarli, QD Vision ha sviluppato un componente ottico in grado di aumentare la gamma di colori per i televisori LCD di circa il 50 percento, e aumentare l'efficienza energetica di circa il 20%.

Lo scorso giugno, Sony ha utilizzato il prodotto di QD Vision, chiamato Color IQ, in milioni dei suoi televisori Bravia "Triluminos", segnando il primo display commerciale a punti quantici. Nel mese di settembre, Il produttore cinese di elettronica TCL ha iniziato a implementare Color IQ in alcuni modelli.

Questi sono attualmente disponibili solo in Cina, "perché c'è molta crescita per il mercato televisivo, " dice Seth Coe-Sullivan PhD '05, co-fondatore e chief technology officer di QD Vision, che ha co-inventato la tecnologia al MIT. Ma nel giro di un paio di mesi, lui dice, questi display "si estenderanno al resto del mondo".

Sostituzione della lampadina

Nei televisori LCD convenzionali, i pixel sono illuminati da una retroilluminazione a LED bianca che passa attraverso il blu, rosso, e filtri verdi per produrre i colori sullo schermo.

Ma questo in realtà richiede dei fosfori per convertire una luce blu in bianca; a causa di questo processo, si perde molta luce, e i display raggiungono solo circa il 70-80% della gamma di colori del National Television Standard Committee. I produttori possono potenzialmente aumentare il colore incorporando più LED, ma questo costa di più e richiede più energia per funzionare.

Color IQ è un sottile tubo di vetro, pieno di punti quantici sintonizzati su rosso e verde, che viene implementato durante il processo di sintesi. I produttori utilizzano un LED blu nella retroilluminazione, ma senza la necessità di fosfori di conversione. Quando la luce blu passa attraverso il tubo Color IQ, un po' di luce traspare come pura luce blu, mentre una parte viene assorbita e riemessa dai puntini come rosso puro e verde puro.

Con più luce che brilla attraverso i pixel, I televisori LCD dotati di Color IQ producono il 100% della gamma di colori, con una maggiore efficienza energetica rispetto a qualsiasi altra tecnologia.

"La proposta di valore è che non stai cambiando il display, tutto quello che stai facendo è sostituire la lampadina, eppure l'intero display sembra molto meglio. I colori sono molto più vividi, conosciuti come molto più saturi, permettendoti di generare un'immagine molto più credibile, " afferma Vladimir Bulovic, co-fondatore e consulente scientifico di QD Vision, la cattedra Fariborz Maseeh in tecnologia emergente al MIT, che è anche co-guida del MIT Innovation Initiative.

Verde dalla "culla alla tomba"

Mentre QD Vision mira a portare ai consumatori display più saturi di colore, Color IQ ha anche un impatto ambientale positivo, che ha valso alla società il Presidential Green Chemistry Challenge Award dall'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti in ottobre.

Durante lo sviluppo del suo Color IQ, che sostituisce il fosforo nei display, l'azienda ha sviluppato una sintesi molto più ecologica, secondo l'EPA. Questa sintesi prevede la sostituzione dei solventi alchil fosfina con idrocarburi a catena lunga, che sono meno pericolosi, e la sostituzione dei blocchi di cadmio e zinco con materiali meno pericolosi.

Questo elimina 40, 000 galloni di solventi tossici e 100 chilogrammi di rifiuti tossici di cadmio nella produzione statunitense ogni anno. Si prevede che l'utilizzo dei componenti di 20 milioni di televisori farà risparmiare 600 milioni di chilowattora di elettricità all'anno in tutto il mondo, abbastanza elettricità per alimentare 50, 000 case americane medie.

"Siamo stati in grado di mostrare, dalla culla alla tomba, dai materiali che usiamo a come lo realizziamo a come viene messo a riposo, che c'è un vantaggio ambientale, "dice Coe Sullivan.

Altre tecnologie, chiamati display a diodi organici a emissione di luce (OLED), utilizzare un composto organico per raggiungere il 100% della gamma di colori, ma sono molto costosi da produrre. I televisori LCD realizzati con Color IQ sono altrettanto colorati, ma sono fatti per poche centinaia di dollari in meno e funzionano con maggiore efficienza, dice Coe-Sullivan.

Illuminazione per display, e ritorno

La tecnologia di QD Vision è iniziata al MIT più di dieci anni fa. Coe Sullivan, poi dottoranda in ingegneria elettrica e informatica, stava lavorando con Bulovic e gli studenti di Moungi Bawendi, il professore di chimica Lester Wolfe, sull'implementazione di punti quantici nei dispositivi elettronici.

In uno studio finanziato dal Deshpande Center for Technological Innovation del MIT, Coe Sullivan, Co-fondatore di QD Vision Jonathan Steckel PhD '06, e altri hanno sviluppato una tecnica pionieristica per la produzione di LED a punti quantici (QLED). Fare così, hanno inserito uno strato di punti quantici, di pochi nanometri di spessore, tra due film sottili organici. Quando caricata elettricamente, i punti illuminavano una lampadina in modo 25 volte più efficiente rispetto ai dispositivi tradizionali.

La carta risultante, pubblicato in Natura nel 2002, è diventato un punto di riferimento nel campo dei dispositivi quantum-dot. "Presto i venture capitalist chiamarono Vladimir, chiedendo se vorremmo far girare una società, "dice Coe Sullivan.

Coe-Sullivan ha iniziato a giocherellare con l'idea di avviare un'azienda. Quindi, un incontro casuale a un cocktail party al Martin Trust Center for MIT Entrepreneurship, con un ex compagno di classe, Il co-fondatore di QD Vision Greg Moeller MBA '02 ha accelerato le cose. La sera presto, i due hanno iniziato a discutere dei progressi QLED di Coe-Sullivan; si ritrovarono presto tutta la notte in un laboratorio nell'Edificio 13, definire una strategia aziendale.

A seguito di quella conversazione, Coe-Sullivan si è iscritto a 15.390 (New Ventures) per sviluppare ulteriormente un modello di business. "Ciò ha portato alla formazione più rigorosa di piani di vendita e marketing, e creazione di prodotti, " dice. Nel 2004 Coe-Sullivan, Bulovic, Moeller, Steckel, e il mentore Joe Caruso ha lanciato QD Vision.

Nel 2010, l'azienda ha lanciato il suo primo prodotto, una lampadina QD, con il partner Nexxus Lighting. Però, rendendosi conto che questa lampadina da $ 100 dovrebbe presto essere venduta a $ 10 per rimanere competitiva, QD Vision ha capito che aveva bisogno di un nuovo mercato:i display a punti quantici. "Fare una transizione del genere [dalle luci ai display] mette alla prova i nervi delle persone coinvolte, da cima a fondo, " Dice Coe-Sullivan. "La storia di QD Vision è uno dei tanti... momenti di tensione, e quello era uno di loro".

Raggruppare tutte le risorse in display, la società alla fine ha attirato l'attenzione di Sony, e l'anno scorso è diventato il primo a commercializzare con un display a punti quantici. Oggi, QD Vision rimane una delle uniche due aziende di display a punti quantici che hanno visto i loro prodotti andare sul mercato.

Ora, con un forte aumento dell'uso commerciale, le tecnologie a punti quantici sono posizionate per penetrare nel settore dei display, dice Coe-Sullivan. Insieme ai televisori LCD con tecnologia Color IQ, Amazon ha rilasciato un Kindle a punti quantici l'anno scorso, e Asus ha un notebook a punti quantici. "E non c'è niente in mezzo che i punti quantici non possono affrontare, " lui dice.

Nel futuro, Coe-Sullivan aggiunge, QD Vision potrebbe anche tornare indietro e affrontare la sua prima sfida:le lampadine QD. "Il mercato si è abbastanza stabilizzato, " dice. "Da qualche parte lungo la linea, pensiamo che ci sia un'applicazione e una proposta di valore per l'illuminazione a punti quantici".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.