Herausragende Tinten für Displays der nächsten Generation

OLED ist ein Akronym, das uns häufig begegnet – auch wenn wir nicht genau wissen, wofür es steht. Organische-Leuchtdioden-Displays (Organic Light Emitting Diode, OLED) sind so gut wie überall zu finden. Ihr Handy hat zum Beispiel zweifellos ein OLED-Display, und zwar deshalb, weil es dünn und leicht sein und eine hervorragende Bildqualität bieten muss. Aber wie jede Technologie hat auch diese ihre Grenzen. Wo es Grenzen gibt, gibt es kluge Köpfe, die versuchen, diese zu überwinden.

Bei OLED-Displays ist die grösste Herausforderung die mangelnde Helligkeit. Vergleicht man sie beispielsweise mit LED, so wird der Unterschied in der Helligkeit deutlich. Gemessen erreicht OLED in der Regel einen Spitzenwert von etwa 1.000 Nits (Nits ist die Einheit für die Leuchtdichte), während LED bis zu achtmal heller sein kann. Was an Helligkeit fehlt, macht OLED durch perfekte Schwarztöne wett, die einen ausreichenden Kontrast erzeugen, um dies auszugleichen. Im Grossen und Ganzen handelt es sich also um eine grossartige Technologie, mit der jeder zufrieden ist. Zum Grossteil zumindest.

Denn Helligkeit ist wichtig. Sie wirkt sich sowohl auf die Sichtbarkeit, als auch auf die Farbgenauigkeit aus. Je höher die Helligkeit eines Displays ist, desto lebendiger sind die Farben. Die Bilder wirken realistischer und naturgetreuer, die Details bleiben erhalten – selbst wenn es besonders hell oder dunkel ist. Kurz gesagt, das, was Sie sehen, wird dadurch viel klarer. Das ist wichtig, wenn Sie in erster Linie Bilder erstellen und ein OLED-Display zum Fotografieren oder Filmen verwenden. Dass Canon ein mehr als nur beiläufiges Interesse daran hat, liegt also auf der Hand. Tatsächlich sind wir schon seit einiger Zeit in der Branche tätig, denn die Canon Tokki Corporation hat sich auf die Herstellung von OLED-Geräten spezialisiert.

Natürlich sind wir auch in der Forschung und Entwicklung weltweit führend und gehören seit 37 Jahren zu den fünf grössten Patentanmeldern in den USA, wobei wir jedes Jahr bis zu 8 % unserer Umsatzerlöse in Forschung und Entwicklung investieren. Kurz gesagt: Wir entwickeln und verbessern unglaubliche Technologien. Wenn man beides kombiniert, ist es nicht verwunderlich, dass Canon für die jüngste grosse Entwicklung in der OLED-Technologie verantwortlich ist. Doch um zu verstehen, warum OLED nicht perfekt ist, wie es verbessert wurde, und wie wir es wiederum noch besser gemacht haben, hilft es zu erklären, wie es überhaupt funktioniert, und wie sich die nächste Generation – QD-OLED – unterscheidet.

OLED und QD-OLED

Am besten ist es, sich diese Technologien als dünne, übereinander liegende Schichten vorzustellen. Herkömmliche OLED verwenden eine Schicht aus blauen Pixeln, die mit einem gelben Leuchtstoff beschichtet sind, um weisses Licht zu erzeugen. Darüber liegt ein Farbfilter, der die uns allen bekannten Farben Rot, Blau und Grün (RGB) erzeugt – in Kombination ergeben sie alle erdenklichen Farben, die wir brauchen. Dieser Filter ist jedoch der Grund dafür, dass OLED nicht so hell ist, wie wir es uns wünschen würden. Daher fügen Hersteller der RGB-Schicht ein weisses Pixel hinzu, um für etwas mehr Helligkeit zu sorgen.

Dies ist jedoch nicht die ideale Lösung, weshalb eine OLED-Version namens QD-OLED entwickelt wurde. Die blauen Pixel bleiben erhalten, das gelbe Phosphor wird jedoch nicht mehr verwendet. Stattdessen wird ein „Netz“ aus gedruckten Halbleiter-Nanokristallen (oder „Quantum Dots“, daher das „QD“, zu Deutsch Quantenpunkte) über die blauen Pixel geschichtet. Diese weisen einen Durchmesser von nur wenigen Nanometern auf und können Licht mit grosser Helligkeit und hoher Farbreinheit erzeugen. Wenn das blaue Licht auf die Quantenpunkte trifft, werden sie rot und grün – und wir erhalten unser RGB-Display ohne Farbfilter.

Hat jemand „Drucken“ gesagt?

Ja, genau! Auch in der komplexen Display-Technologie kann die Welt des Drucks nicht einfach aussen vorgelassen werden. Es liegt auf der Hand, dass diese gedruckten Nanopartikel hier den Ausschlag geben. Ursprünglich wurden sie aus Kadmiumselenid hergestellt und mit einer Beschichtung versehen, wie ein M&M. Diese Beschichtung ist wichtig, da sie die Punkte stabiler macht und Kadmium giftig ist, weshalb sie auch verhindert, dass es aus den Punkten entweicht. Dies war eindeutig keine ideale oder nachhaltige Lösung, und so wurden die Quantenpunkte aus Indium hergestellt, die das Kadmium schnell ablösten. Es gibt jedoch auch ein paar grosse Probleme mit Indium: Es ist selten, und was selten ist, ist natürlich sehr teuer. Um dieses Problem zu lösen, hat Canon Inc. eine Quantenpunkt-Tinte mit einer Perowskit-Struktur entwickelt, die sich als praktische Alternative erweist.

Aber was in aller Welt ist eine Perowskit-Struktur?

Es handelt sich um eine Art von Kristall, der aufgrund seiner strukturellen Ähnlichkeit nach dem Mineral Perowskit benannt wurde. Das ist eigentlich ziemlich cool, denn der Begriff beschreibt insgesamt eine Gruppe von Materialien, die eine quader- und diamantförmige Struktur aufweisen. Sie sind auch extrem vielseitig, da sie eine breite Palette von Eigenschaften für QD-OLEDs haben, wie Fluoreszenz, Supraleitfähigkeit und Ferroelektrizität. Besonders bekannt sind sie für ihren Einsatz in Solarzellen, da sie auch hier kostengünstig sind. Bislang war die Haltbarkeit von Perowskit-Quantenpunkten jedoch ein Problem, weshalb sie grösstenteils auf Indium basieren.

Mit „Haltbarkeit“ meinen wir sowohl die Langlebigkeit als auch die Robustheit des Punkts. Das heisst, die Fähigkeit, ihre Form zu behalten und Veränderungen bei Hitze, Licht oder Luftfeuchtigkeit zu widerstehen, sowie die Fähigkeit, dem Druck der Herstellungsprozesse standzuhalten. In Anbetracht unserer umfangreichen Erfahrung (und der von uns entwickelten Technologien) bei der Entwicklung von Tinte und Toner für Drucker ist es naheliegend, dass wir auch das schwer fassbare Problem der praktischen Haltbarkeit lösen können. Aber wie? Wir haben eine einzigartige Methode zur Bildung einer geeigneten Schutzhülle für die Perowskit-Quantenpunkte entwickelt.

Auf dem Weg zu einer ultrahochauflösenden Welt

Wir als Unternehmen sind an Weltneuheiten gewöhnt, aber dieser Durchbruch begeistert uns, weil Quantenpunkt-Tinten so viel Potenzial haben. Erstens sind sie nicht mehr auf eine seltene Substanz wie Indium angewiesen, was die Kosten erheblich senkt und auch die Versorgungsprobleme aus dem Weg räumt. Dies wiederum dürfte einen wesentlichen Einfluss auf Technologien in verschiedenen Branchen haben. Und was noch? Die Qualität. Hiermit kann eine Welt der 8K-Quantenpunkt-Displays der nächsten Generation erschlossen werden – etwas, das bisher noch nicht erreicht wurde. Stellen Sie sich das doch nur mal vor: ultrahochauflösend! Wahnsinn. Auch wenn diese Technologie nicht sofort in der Massenproduktion eingesetzt werden kann (Canon Inc. schätzt ab Mitte der 2020er Jahre), besteht kein Zweifel daran, dass es sich dabei um eine bahnbrechende Neuerung handelt.

Weitere Informationen über Perowskit-Quantenpunkt-Tinten finden Sie auf der globalen Canon Website.