Kvantpunktkuvar

Allikas: Vikipeedia

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

Erineva suurusega kolloid-kvanttäpid UV-kiirguse mõjul erivärviliselt helenduvatena

Tehnoloogiad[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kvanttäpi kiirgamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kvanttäpi kiirgusomadused on seotud tema 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.[3]

QLED[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kvanttäpp-valgusdiood(QLED või QD-LED) sarnaneb ehituselt OLED-ile. Katoodi ja anoodi vahel tekkiv elektrivool põhjustab nende vahel asuvas kvanttäppe sisaldavas kihis kvanttäppide elektronide energiatasemete muutumise, mille tagajärjel kiirgub neist valgus. Ühte dioodi on võimalik paigutada mitu kihti erineva suurusega kvanttäppe, et saada erinevaid värvusi. 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[muuda | redigeeri lähteteksti]

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

QDEF-kuvar[muuda | redigeeri lähteteksti]

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).[4]

Tootmine[muuda | redigeeri lähteteksti]

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.[5]

Praegune rakendamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Seni on kvanttäppkuvarid veel eksperimentaalsed ja tööstuslikus koguses neid ei toodeta. Valminud on prototüüpe, näiteks Samsungi 4-tolline QD-ekraan.[2] Kvanttäppide optiliste omaduste uurimise ja rakendamisega tegeleb firma QD Vision.[6] Firma Nanosys tegeleb QDEF-tehnoloogia arendamisega.[4]

Tulevik[muuda | redigeeri lähteteksti]

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.[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]
  • suur eredus (kuni 9000 cd/m2)[8]
  • võimaldab valmistada 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]
  • väiksem energiakulu (lubatakse kuni 80% väiksemat energiatarvet kui LCD-ekraanidel)[2]
  • odav ja lihtne tootmisprotsess (lubatakse kuni 50% odavamat tootmist kui LCD-ekraanidel)[2]
  • pikem tööiga kui OLED-lampidel (teoreetiliselt)[7]

Puudused[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Piiratud siniste toonide esitus. Siniselt kiirgavate kvanttäppiide kristallid on kõige väiksemad ja nende tootmine nõuab kõige suuremat täpsust. Punaseid ja rohelisi kvanttäppe on oluliselt lihtsam toota;
  • alles arendamisel, pole valmis laiemaks kasutamiseks (arvatavalt ei jõua turule enne 2014. aastat)[2];
  • praegu piiratud tööeaga (hakkavad tuhmuma ligikaudu 10 000 tunni kasutamise järel)[2]
  • paljud praegused kvanttäpid 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]