Kvantpunktkuvar

Allikas: Vikipeedia

Kvantpunktkuvar (quantum dot display) on järgmise põlvkonna kuvatehnoloogia, mis kasutab valgusallikana kvantpunkte (quantum dot, QD). Kvantpunkt on pooljuhi nanokristall, tavalise läbimõõduga 2–10 nanomeetrit, mille eksitonid on piiratud kõigis kolmes ruumimõõtmes.[1] Neid kasutavaid valgusdioode nimetatakse kvantpunkt-valgusdioodideks(quantum dot light emitting diode) lühendiga QD-LED või QLED. Tööpõhimõttelt on QLED-tehnoloogia mõnevõrra sarnane OLED-tehnoloogiaga, sest kumbki ei nõua taustvalgustuse olemasolu ning on seetõttu efektiivsemad kui näiteks LCD-tehnoloogia. Hetkel on kvantpunktkuvarid veel arendusjärgus. Eeldatakse, et tulevikus võivad need välja vahetada OLED-lambid või saada neile vähemalt võrdväärseks alternatiiviks.[2]

Erineva suurusega kvantpunktide lahused UV-kiirguse mõjul erivärviliselt helenduvatena

Tehnoloogiad[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kvantpunkti kiirgamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kvantpunkti kiirgusomadused on seotud tema kristalli suurusega. Kvantpunktide 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 siin kiirguva valguse värvus. Suured kvantpunktid (~10 nm) kiirgavad punast valgust ja infrapunakiirgust, väikesed kvantpunktid (~2 nm) kiirgavad sinist valgust ja ultraviolettkiirgust. Kvantpunktid võivad olla nii foto- kui elektroaktiivsed, mistõttu saab neid kiirgama panna kiiritades (näiteks UV-kiirguse käes) või elektrivoolu abil. Kvantpunkte on varasemalt (1990ndatest) kasutatud bioloogias helenduvate värvainetena. Kvantpunkt-valgusdioodide uurimisega tegeletakse 2000. aastatest.[3]

QLED[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kvantpunkt-valgusdiood(QLED või QD-LED) sarnaneb ehituselt OLED valgusallikale. Katoodi ja anoodi vahel tekkiv elektrivool põhjustab nende vahel asuva kvantpunkte sisaldavas kihis asuvate kvantpunktide elektronide energiatasemete muutumise, mille tagajärjel kiirgub neist valgus. Ühte dioodi on võimalik paigutada mitu kihti erineva suurusega kvantpunkte, et saada erinevaid värvitoone. Dioodi efektiivseks toimimiseks on lisatud elektrone juhtiv kiht, auke blokeeriv kiht ja auke juhtiv kiht, mis tagavad aukude ja elektronide ühinemise kvantpunktide kihis ja mille puudumisel kiiratavad footonid hajuksid.

QLED-kuvar[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kvantpunkt-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-d erineva tugevusega helenduma, et kokku moodustuks soovitud värv.

QDEF-kuvar[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kvantpunkte saab kasutada ka olemasoleva LCD-tehnoloogia värviedastuse parandamiseks. Tavalise sinise LED-taustvalgustusega LCD kuvarile sobiva kvantpunkte sisaldava kile lisamisega saab märgatavalt parandada kuvari edastatavate värvide arvu (lubaduste järgi kuni kolm korda enam värvitoone). Kile tööpõhimõte seisneb fotoaktiivsete kvantpunktide kasutamises, mis neelavad sinise LED-lambi valgust ja kiirgavad selle mõjul teistsuguse lainepikkuse välja. Kui kasutada ühes kiles erinevaid lainepikkusi kiirgavaid kvantpunkte, saab nende värvide koosmõju tulemusena puhtama valge värvi, vajadusel ka erinevaid toone. Sellist kilet nimetatakse kvantpunkt-täienduskileks (quantum dot enhancement film, QDEF).[4]

Tootmine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Piisavalt suuremahuliste QLED ekraanide tootmiseks on välja töötatud piisavalt lihtne süsteem. Kõigepealt kallatakse kvantpunktide lahus substraadile. Tsentrifuugides moodustub kvantpunktidest substraadile õhuke ühtlane kiht. Soovitud QLEDi suurune "tempel" vajutatakse pinnale ning selle kiirel tõstmisel pinnalt kinnitub templile kvantpunktide lahuse õhuke kiht. Tempel vajutatakse sihtkohta ja eemaldatakse aeglaselt, mille tagajärjel jääb kvantpunktidest "templijälg" soovitud pinnale. Nii saab ühekaupa "tembeldada" näiteks terve ekraani jaoks vajaliku hulga üksikuid alampiksleid.[5]

Praegune rakendamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Hetkel on kvantpunktkuvarid veel eksperimentaalsed ning tööstuslikes mahtudes neid ei toodeta. Valminud on prototüüpe, näiteks Samsungi 4-tolline QD-ekraan.[2] Kvantpunktide optiliste omaduste uurimise ja rakendamisega tegeleb firma QD Vision.[6] Firma Nanosys tegeleb QDEF-tehnoloogia arendamisega.[4]

Tulevik[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kvantpunkt-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 ja 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.[7][2]

Eelised ja puudused[muuda | redigeeri lähteteksti]

QLED värviedastuse ulatus võrdluses inimesele nähtava alaga ja CRT kuvari värviedastusalaga

Eelised[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • hea punaste ja roheliste toonide esitus [7]
  • kõrge eredus (kuni 9000 cd/m2)[8]
  • võimaldab painduvaid, õhukesi ja läbipaistvaid ekraane[7]
  • parem värviedastus(lubatakse OLED-ga võrreldes 30–40% paremaid värvitoone)[7]
  • ei kasuta värvifiltreid, mistõttu on tootmine odavam, energeetiline kasutegur suurem ja värvid selgemad[7]
  • madal energiakulu (lubatakse kuni 80% väiksemat energiatarvet kui LCD-ekraanidel)[2]
  • odav ja lihtne tootmisprotsess (lubatakse kuni 50% odavamat tootmist kui LCD-ekraanidel)[2]
  • pikem eluiga kui OLED-lampidel (teoreetiliselt)[7]

Puudused[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Piiratud siniste toonide esitus. Siniselt kiirgavate kvantpunktide kristallid on kõige väiksemad ning nende tootmine nõuab kõige suuremat täpsust. Punaste ja roheliste kvantpunktide tootmine on oluliselt lihtsam.
  • alles arendamisel, pole valmis laiemaks kasutamiseks (arvatavalt jõuavad turule mitte enne 2014. aastat)[2]
  • praegu piiratud elueaga (hakkavad tuhmuma ligikaudu 10 000 tunni kasutamise järel)[2]
  • Paljud praegused kvantpunktid sisaldavad loodusele kahjulikku kaadmiumi. Looduse säästmiseks on oluline leida alternatiivseid tootmismaterjale.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Nanoco Group[1]
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 P.Patel, The First Full-Color Display with Quantum Dots, 22. veebruar 2011 [2]
  3. [3]
  4. 4,0 4,1 D.Takahshi, Nanosys uses cool quantum dot technology to make displays more colorful,17. mai 2011[4]
  5. Full-color quantum dot displays are getting within reach[5]
  6. The Economist artikkel, 16. juuni 2011 [6]
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 firma QD Vision koduleht [7]
  8. B.Dumé, Quantum-dot displays could outshine their rivals, 10. detsember 2007 [8]