Gentse researchers haalden twee VLAIO-projecten binnen om de mogelijkheden van deze innovatieve materialen verder te onderzoeken. Samen met gevestigde spelers uit de industrie en Vlaamse start-ups willen ze dit baanbrekend onderzoek op de markt brengen en Vlaanderen op de kaart zetten als pionier in de wereld van displays.

Kwantum dots

Kwantum dots produceren rijkere, levendigere kleuren dan traditionele beeldschermtechnologieën en verhogen de energie-efficiëntie van beeldweergave. Het voordeel van deze innovatieve materialen is dat ze instelbare kleuren uitstralen of absorberen, en dat je ze heel eenvoudig kunt printen. Economisch brengt dit heel wat voordelen met zich mee, bijvoorbeeld omdat je zo je productiekosten kunt drukken. Maar even interessant is dat printbare materialen zich met heel veel beschikbare technologieën laten combineren, wat veel mogelijkheden biedt voor nieuwe toepassingen.

Infraroodcamera’s

Stel je voor dat je met je smartphonecamera de hoeveelheid smog in de lucht zou kunnen meten. Dat je bij mist je zicht zou kunnen verbeteren. Of dat auto’s tout court niet langer zouden starten als ze vaststellen dat de chauffeur gedronken heeft. Aangezien infraroodlicht door mist en rook kan ‘kijken’, chemische informatie kan capteren over de objecten waarmee het interageert en het menselijk zicht niet verstoort, biedt het in beeld brengen van scènes met infraroodlicht opmerkelijke voordelen – als gebruiker heb je als het ware een zesde zintuig.

Het grootste struikbelblok om sensoren voor infraroodlicht meer in te zetten is de kostprijs. Als je weet dat een huidige infraroodcamera al snel 25 000 euro kost, is het logisch dat autoconstructeurs of elektronicabedrijven niet zomaar dergelijke toestellen in hun producten integreren.

‘Die hoge kostprijs heeft te maken met de beperkingen van de huidige technologie,’ vertelt UGent-professor Zeger Hens. ‘Een infraroodcamera is relatief complex omdat je veel verschillende en weinig gebruikte materialen moet combineren, wat de prijs sterk opdrijft. Juist doordat je kwantum dots kunt printen, is het mogelijk om verschillende materialen op een veel eenvoudigere manier met elkaar samen te voegen. Net zoals bij een doodnormale inkjetprinter kun je dan zo’n infraroodsensor printen. Dat is veel makkelijker en voordeliger dan met complexe technologieën erg uiteenlopende materialen te produceren en achteraf te combineren.’

‘Met dit VLAIO-project willen we zo’n infraroodsensoren betaalbaar maken, zodat ze ook in dagdagelijkse producten verwerkt kunnen worden. Zo vergroten ze het bereik van je smartphone van het zichtbare naar het infrarood, waardoor je naast je zichtbare beelden ook chemische informatie verkrijgt zonder dat je zicht gehinderd of beschadigd wordt. De toepassingen zijn eindeloos. Denk maar aan het monitoren van stikstofemissies in een stal, het observeren van gasinstallaties om lekken vast te stellen,…,’ argumenteert Zeger Hens.

Rood, blauw en groen licht

Kwantum dots bieden ook veel kansen als het gaat om de energie-efficiëntie en de kleurrijkdom van beeldschermen te vergroten. ‘Als je er bijvoorbeeld bij stilstaat hoe computerschermen een kleurenbeeld weergeven, krijg je daar grijs haar van,’ onthult professor Hens. ‘Eigenlijk maak je heel veel wit licht. Zwart krijg je door een scherm te plaatsen voor dat wit licht. Rood licht wordt gecreëerd door filters, die rood licht doorlaten en de andere kleuren blokkeren, idem voor groen licht. Optisch is dat bijzonder inefficiënt, want je gooit heel veel licht weg.’

‘Een andere optie is om meteen licht in de juiste kleur op die plaatsen te produceren waar je het wilt,’ verduidelijkt Zeger Hens. Dat bestaat nu al in LED displays. Die zijn opgebouwd uit duizenden pixels die elk een bepaalde kleur licht uitstralen en zo samen een totaalbeeld vormen. Maar deze displays kun je niet zomaar in een horloge of smartphone gebruiken, omdat de huidige LEDs veel te groot zijn. ‘Je kan die elementen ook veel kleiner maken in zogenaamde microdisplays, waarbij micro slaat op de afmeting van één enkele LED. Maar dat is niet eenvoudig omdat je die microscopisch kleine rode, groene en blauwe lichtbronnen allemaal samen moet plaatsen. Elk van deze microLEDs bestaat uit een ander materiaal, dat elk is opgebouwd uit een andere technologie, en die je allemaal samen in een raster moet plaatsen. Helemaal niet evident.’

‘Ook hier kunnen kwantum dots het verschil maken, omdat je ze kunt gebruiken om licht uit te stralen. Het idee is om in die microdisplays microLEDs met maar één basiskleur te plaatsen, waardoor die in één materiaal gemaakt kunnen worden. De andere kleuren voeg je toe door kwantum dots bovenop die lichtbronnetjes te printen. Zo kun je met hetzelfde type materialen rode, blauwe en groene pixels maken.’

Met het tweede goedgekeurde VLAIO-project willen de onderzoekers de mogelijkheden van ultraviolet als basiskleur verkennen, waarbij achteraf blauw, rood en groen worden toegevoegd aan de hand van kwantum dots. Deze piste opent tal van mogelijkheden, bijvoorbeeld voor ‘human centric lighting’, waarbij het lichtspectrum van een beeldscherm of een lamp aangepast wordt aan het menselijk circadiaans ritme, zeg maar de biologische dag- en nachtklok. Voor beeldschermen kan deze strategie bovendien een verdere verhoging van de energie-efficiëntie betekenen.

Samenwerking tussen de academische wereld en de industrie

‘De toepassingen van deze microdisplays zijn eindeloos. Denk maar aan smartwatches die heel heldere schermen met een hoge resolutie moeten bieden, en toch nog betaalbaar moeten zijn. Die combinatie vergt innovatie op vlak van materiaalonderzoek en de integratie van die verschillende technologieën,’ vult Eva Ryckeboer aan. Als UGent-business developer van NB-Photonics rond fotonica, het toepassingsgebied van deze projecten, begeleidt ze onderzoeksgroepen bij samenwerkingen met bedrijven. Fotonica of opto-elektronica focust op de wisselwerking tussen licht (fotonen) en elektronen (elektronica). 

‘Hoewel een veelheid aan industriële partners bij deze projecten betrokken is, blijft fotonica een domein dat een transfer vereist van strategisch basisonderzoek naar industrieel gericht onderzoek en ontwikkeling. De betrokken partners in de verschillende projecten, met zowel gevestigde waarden als AMS, chemische kennisbedrijven als ChemStream, kennis- en onderzoeksinstellingen als Imec en de UGent, en startups als MICLEDI en QustomDot, bestrijken de hele waardeketen. Hierdoor kunnen resultaten op alle niveaus worden overgedragen aan bedrijven en zo hun weg vinden naar de consument.’

Meer info

• Professor Zeger Hens
• Eva Ryckeboer, business developer NB-Photonics

Ook interesse om een project op te starten met de UGent? 

Neem contact op met een van onze Business Developers binnen jouw expertisedomein!