Kvantpunktkuvar

Kvanttäpi kiirgamine

Kvanttäpi kiirgusomadused on seotud selle kristalli suurusega. Kvanttäppide suuruse juures (2–10 nm) on kristallvõre elektronide ja aukude võimalikud energiatasemed piiratud, kristalli suuruse vähenedes keelutsoon suureneb. Keelutsooni laiusest oleneb elektroni energiataseme muutusel vabaneva kvandi sagedus ehk kiirguva valguse värvus. Suured kvanttäpid (~10 nm) kiirgavad punast valgust ja infrapunakiirgust, väikesed kvanttäpid (~2 nm) kiirgavad sinist valgust ja ultraviolettkiirgust. Kvanttäpid võivad olla nii foto- kui elektroaktiivsed, mistõttu saab neid kiirgama panna kiiritamisega (näiteks UV-kiirguse käes) või elektrivoolu abil. Kvanttäppe on varem (alates 1990. aastatest) kasutatud bioloogias helenduvate värvainetena. Kvanttäpp-valgusdioodide uurimisega tegeldakse 2000. aastatest.

QLED

Kvanttäpp-valgusdiood (QLED või QD-LED) sarnaneb ehituselt OLED-iga. Katoodi ja anoodi vahel tekkiv elektrivool põhjustab nende vahel asuvas kvanttäppe sisaldavas kihis kvanttäppide elektronide energiatasemete muutumise, mille tagajärjel kiirgub neist valgus. Erinevate värvuste saavutamiseks on ühte dioodi võimalik paigutada mitu kihti erineva suurusega kvanttäppe. Valgusioodi efektiivseks toimimiseks on lisatud elektrone juhtiv kiht, auke blokeeriv kiht ja auke juhtiv kiht, mis tagavad aukude ja elektronide ühinemise kvanttäppide kihis ja mille puudumisel kiiratavad footonid hajuksid.

QLED-kuvar

Kvanttäpp-valgusdioode kasutavad kuvarid toimivad paljuski OLED-kuvaritega sarnaselt. Erinevalt vedelkristallkihi ja taustvalgustusega LCD-kuvaritest koosneb QLED-kuvar üksikutest QLED-lampidest, mis moodustavad ekraani alampikslid. Mitu alampikslit moodustavad ühe piksli. Olenevalt ehitusest saaks ühes pikslis olla LCD-ga sarnaselt kolm värvi (punane-roheline-sinine, RGB) või mingi muu kombinatsioon, näiteks OLED-ekraanidega sarnaselt roheline-punane-roheline-sinine. Erinevate värvide saamiseks pannakse alampiksli QLED-id erineva tugevusega helenduma.

QDEF-kuvar

Kvanttäppe saab kasutada ka olemasoleva LCD-tehnoloogia värviedastuse parandamiseks. Tavalise sinise LED-taustvalgustusega LCD kuvarile sobiva kvanttäppe sisaldava kile lisamisega saab märgatavalt parandada kuvari edastatavate värvuste arvu (lubaduste järgi kuni kolm korda enam värvitoone). Kile tööpõhimõte seisneb fotoaktiivsete kvanttäppide kasutamises, mida ergastab sinise LED-lambi valgus ja mis kiirgavad selle mõjul teistsuguse lainepikkusega (teist värvi) valgust. Kui kasutada ühes kiles erinevaid lainepikkusi kiirgavaid kvanttäppe, saab nende värvide koosmõju tulemusena puhtama valge värvi, vajaduse korral ka erinevaid toone. Sellist kilet nimetatakse kvanttäpp-täienduskileks (quantum dot enhancement film, QDEF).

Tootmine

Piisavalt suurte QLED-ekraanide tootmiseks on välja töötatud lihtne süsteem. Kõigepealt kallatakse kvanttäppide lahus substraadile. Tsentrifuugimisel moodustub kvanttäppidest substraadile õhuke ühtlane kiht. Soovitud QLED-isuurune "tempel" vajutatakse selle pinnale ja templi kiirel tõstmisel pinnalt jääb templi külge kvanttäppide lahuse õhuke kiht. Tempel vajutatakse sihtkohta ja eemaldatakse aeglaselt, mille tagajärjel jääb soovitud pinnale kvanttäppidest "templijälg". Nii saab samm-sammult "tembeldada" näiteks terve ekraani jaoks vajaliku hulga üksikuid alampiksleid.

Praegune rakendamine

Seni on kvanttäppkuvarid veel eksperimentaalsed ja tööstuslikus koguses neid ei toodeta. Prototüüpidest on valminud näiteks Samsungi 4-tolline QD-ekraan. Kvanttäppide optiliste omaduste uurimise ja rakendamisega tegeleb firma QD Vision. Firma Nanosys tegeleb QDEF-tehnoloogia arendamisega.

Tulevik

Kvanttäpp-valgusdioodide tehnoloogia arenedes loodetakse, et see suudab täita pea kõiki praeguste tehnoloogiate (CRT, LED, OLED) rakendusi televiisorite, arvutite, telefonide, muusikamängijate, fotokaamerate ja muude seadmete ekraanidena ning valgusallikatena, olles samal ajal energiasäästlikum, odavam ja kvaliteetsemate värvidega. Kuna QLED-tehnoloogia võimaldab painduvate, erikujuliste ning läbipaistvate ekraanide loomist, avanevad uued võimalused ekraanide paigutamiseks seni võimatutesse paikadesse.