Kvantpunktkuvar

Kvantpunktkuvar on kuvaseade (-ekraan, -paneel), mis kasutab kuva tekitamisel kvantpunktidel põhinevaid valgusdioode. Niisuguses dioodis emiteerib (kiirgab) valgust pooljuht-nanokristall. Seda nimetatakse ka kvanttäpiks, lühend QD, inglise keele sõnadest quantum dots.

Kvantpunkt-kuvatehnoloogia väljatöötamisest teatas 2006. a USAs labor QD Vision.^[1] Sellealase uurimistööga liitusid hiljem LG Electronics ja Samsung Electronics.

Kvantpunkti kiirgusrežiimid

Kvantpunkt-fotodioodi ehk QD-dioodi võib kiirgama panna kas elektroluminestsentsi või fotoluminestsentsi režiimis:

elektroluminestseeriv kvantpunktdiood töötab nagu tavaline valgusdiood (muundades elektrivoolu valguskiirguseks); niisuguseid dioode saab kasutada vahetult ekraani pildielemendi rohelise, sinise ja punase kiirgusega alampikslitena (nt ekraanitehnoloogia QD-LED]]);
fotoluminestseeriv kvantdiood on võimeline kiirgama talle langeva valguse mõjul, kusjuures absorbeeritav (langev) valgus võib olla laias spektris; selles režiimis kasutatakse kvantdioode LCD-ekraani (vedelkristallekraani) iga üksiku alampiksli tagantvalgustuseks.

Mõlemal juhul on emiteeritav valgus monokromaatiline ja selle sagedus on määratud mikroskoopilise QD-kristalli mõõtmetega.

Fotoluminestsentsirežiimis QD-valgusdioode kasutatakse alates 2019. aastast peamiselt LCD-teleriekraanide tagantvalgustuses (QLED-ekraanitehnoloogia). Elektroluminestseerivate kvantpunkt-valgusdioodidega ekraanitehnoloogiad (nt QD-LED) on esialgu (2020) laboratoorses arendusjärgus.

QD-LED

QD-LED sarnaneb ehituselt OLEDiga. Katoodi ja anoodi vahel tekkiv elektriväli 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. Valgusdioodi 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.

Kuna kvantpunktid kiirgavad kitsas sagedusribas, seega monokromaatiliselt, siis on nende valgusviljakus (valguslik kasutegur) kõrgem kui OLEDidel ja samuti on värvihaare ulatuslikum.

Samsung on välja töötanud teleriekraanide hübriidtehnoloogia QD-OLED: pildipunkti OLED-emitter annab sinist valgust, mille QD-dioodid muundavad roheliseks ja punaseks kiirguseks. Niiviisi on võimalik suurendada pikslite heledust, ilma et musta tase halveneks. Hiina firma TCL töötab sarnase H-QLED-tehnoloogia kallal.

QD-LED-ekraani värvikolmnurga tipp-punktid võrdluses inimesele nähtava alaga ja CRT-kuvari värviulatusalaga

QD-LED-ekraanide eelised:

suur heledus (kuni 9000 cd/m²)^[2];
võimaldab valmistada painduvaid, õhukesi ja läbipaistvaid ekraane^[3];
parem värviedastus (OLED-ga võrreldes lubatakse 30–40% puhtamaid värvitoone)^[3];
ei kasuta värvifiltreid, mistõttu on tootmine odavam, valgusviljakus (energeetiline kasutegur) suurem ja värvid selgemad^[3];
väiksem energiakulu (lubatakse mitu korda väiksemat energiatarvet kui LCD-ekraanidel)^[4];
suhteliselt lihtne tootmisprotsess (lubatakse kuni 50% odavamat tootmist kui LCD-ekraanidel)^[4];
pikem tööiga kui OLED-paneelidel (teoreetiliselt)^[3].

QLED

QLED-ekraan erineb tavalisest, üldise tagantvalgustusega LCD-ekraanist selle poolest, et iga pildielemendi alampikslit (R, G, B) valgustakse eraldi. Selleks on LCD-kihi all kaks kihti:

1) kile punast (R) ja rohelist (G) kiirgust emiteerivate QD-kristallidega QDEF (Quantum Dot Enhancement Film) ja

2) kile sinist monokromaatilist valgust kiirgavate valgusdioodidega (LED).

R- ja G-kristallid muundavad neile langava sinise kiirguse vastavalt punaseks ja roheliseks valguseks, sinine LED-kiirgus suunatakse LCD pildipunkti sinisele (B) alampikslile otse.

Niisugusel ekraanil on tavalise LED-tagantvalgustusega LCD-ekraanidega võrreldes avaram värvihaare (rikkalikumad värvid), samuti suurem heledus, sügavam must ja vastavalt suurem kontrastsus.

QLED-tehnoloogia kasutab anorgaanilisi optilisi kiirgureid (LED, QD) ja on seega vaba OLED-ekraanide peamistest puudustest: suhteliselt kiire vananemine ja staatiliste pildiosade ekraanile sissepõlemise võimalus.

Mini-LED

Mini-LED on LCD-teleriekraanide tehnoloogia, mis kasutab tagantvalguseks suurel arvul QD-dioode. Kui tavalistes paneelides valgustavad LCD-maatriksit kümned kuni sajad tavalised valgusdioodid, siis mini-LED-paneelis tuhanded kvantpunktdioodid. Vastavalt väheneb iga dioodi valgustatav ala (kuni sadade mikromeetriteni) ja seega on võimalik täpsemalt juhtida videokujutise eri piirkondade valgustust, seega ka kontrastsust. Väikesed kvantpunktdioodid võimaldavad valmistada väga õhukesi paneele. Niisuguse ekraaniga telerid lähenevad üldiselt pildikvaliteedilt QLED-teleritele, hinnalt on aga võrreldavad OLED-teleritega.

Mini-LED-paneele tootmiseni on jõudnud, vastavaid prototüüpe on esitlenud ka Sony ja LG Electrocs (2020).

Viited

↑ Nanoscale fluorescence imaging with quantum dot near-field electroluminescence
↑ B.Dumé, Quantum-dot displays could outshine their rivals, 10. detsember 2007 [1]
↑ ^3,0 ^3,1 ^3,2 ^3,3 "firma QD Vision koduleht". Originaali arhiivikoopia seisuga 19. november 2011. Vaadatud 27. novembril 2011.
↑ ^4,0 ^4,1 P.Patel, The First Full-Color Display with Quantum Dots, 22. veebruar 2011 [2]

Välislingid

[1] Nanoscale fluorescence imaging with quantum dot near-field electroluminescence

[2] B.Dumé, Quantum-dot displays could outshine their rivals, 10. detsember 2007 [1]

[QDvision-3] 3,0 ^3,1 ^3,2 ^3,3 "firma QD Vision koduleht". Originaali arhiivikoopia seisuga 19. november 2011. Vaadatud 27. novembril 2011.

[techrev-4] 4,0 ^4,1 P.Patel, The First Full-Color Display with Quantum Dots, 22. veebruar 2011 [2]

[1]

[2]

[3]

[4]