کوآنتوم دات و نمایشگرهای مبتنی بر تکنولوژی Quantum Dot به نانوکریستال‌های نیمه‌هادی گفته می‌شود که کارکردی شبیه OLED دارند اما بهینه‌تر و باکیفیت‌تر هستند.

کوآنتوم دات به نانوکریستال‌های ساخته‌ شده از مواد نیمه‌هادی گفته می‌شود که رفتار کوآنتومی از خود بروز می‌دهد. رفتار الکترونیکی این نوع مواد در حد واسط بین نیمه‌هادی‌ها و مولکول‌های مجزا قرار می‌گیرد.

کاربرد کوآنتوم دات در ساخت ترانزیستور، سلول‌های خورشیدی، LEDها و دیودهای لیزری است که در صنایع مختلف کاربرد دارند.


یکی از کاربردهای کوآنتوم دات، استفاده در پنل‌های LED است که تدریجاً جای LCDها و LEDها را می‌گیرند.

کوانتوم دات چطور کار می‌کند؟

طرز کار کوآنتوم دات درست شبیه OLED است به این صورت که با دریافت سیگنال الکتریکی، از خود نور ساطع می‌کنند. این که رنگ نور چگونه باشد، به ترکیب و اندازه‌ی نقاط کوآنتومی بستگی دارد. هر چه نقاط بزرگ‌تر باشد، طول موج رنگی که ساطع می‌شود کوتاه‌تر خواهد بود.

نور با رنگ‌های مختلف که از نقاط کوآنتومی بزرگ و کوچک ساطع شده است.

مثلاً ترکیب سلنید کادمیوم که یکی از نیمه‌هادی‌هاست را در نظر بگیرید. اگر قطر نقاطی از این نیمه‌هادی 5 نانومتر باشد و تحریک شود، نوری به رنگ قرمز یعنی طول موج 700 نانومتری ساطع می‌کند. همین ترکیب با قطر 1.5 نانومتر، نور آبی یعنی با طول موج 400 نانومتری را ایجاد می‌کند.

ساختار سلنید کادمیوم، ترکیبی نیمه‌هادی

منظور از تحریک کردن یک نیمه‌هادی، جذب الکترون توسط حفره‌ی الکترونی است.

ساختار کلی نقاط کوآنتومی شبیه OLED است یعنی لایه‌ای از نیمه‌هادی سلنید کادمیوم یا به اختصار CdSe بین دو لایه‌ی انتقال الکترون (EML یا ETL) و انتقال حفره‌ی الکترون (HTL) قرار می‌گیرد. اعمال میدان الکتریکی باعث می‌شود که الکترون‌ها و حفره‌های الکترون به لایه‌ی میانی مهاجرت کرده و جذب آن شوند و در نتیجه فتون‌های نور به اطراف پراکنده شود.

در تصویر زیر لایه‌های آند و HTL در کنار هم، لایه‌های EML و کاتد در کنار هم و لایه‌ی میانی بین آنها به تصویر کشیده شده است. در OLED تولید کننده‌ی نور، همان تولیدکننده‌ی رنگ هم هست.

اما در LCD نور پس‌زمینه یعنی Back-Light را داریم که به فیلترهای رنگی می‌رسد و سه رنگ اصلی ایجاد می‌شود.

ساختار لایه‌های LCD و OLED

البته برای بهینه شدن نور متساعد شده، لایه‌ی دیگری به نام لایه‌ی بلوکه کردن حفره‌ها هم به این ترکیب اضافه می‌شود که مأموریت آن ممانعت به عمل آوردن از وقوع تحریک در نزدیکی لایه‌ی کاتدی است. در OLEDها معمولاً الکترون است که به سمت حفره حرکت می‌کند و در واقع برخورد الکترون و حفره در نزدیکی لایه‌ی کاتد که در مجاورت لایه‌ی انتقال حفره است صورت می‌گیرد و این نحوه‌ی برخورد بهینه نیست چرا که از لایه‌ی مرکزی یعنی جایی که نور ایجاد می‌شود، دور شده است.

مزایا و معایب

شاید مهمترین ویژگی از نظر متخصصین نمایشگر و تلویزیون، دقت در کنترل رنگ‌ها باشد. در کوآنتوم دات کنترلی که روی رنگ وجود دارد به مراتب بیشتر از تکنولوژی قدیمی CRT است. در نمایشگرهای CRT از فسفر استفاده می‌شد که محدوده‌ی طول موجی که از آن متصاعد می‌شود در حد 50 نانومتر است حال آنکه نقاط کوآنتومی به نصف این مقدار گرایش دارند.

با تغییر اندازه‌ی نقاط، دقت بالایی در کنترل نور ایجاد می‌شود و حتی ممکن است به بیشتری تششع در حد کمتر از 1 نانومتر هم رسید.

پوشش گستره‌ی رنگ در نمایشگرهای CRT تنها 70 الی 75 درصد است در حالیکه کوآنتوم دات به رقم 100 درصد نزدیک است. اگر مقاله‌ی بخش دانش‌نامه در خصوص فضای رنگ و استانداردها را مطالعه کرده‌اید، باید بگویم که کوآنتوم دات حدود 95 درصد از گستره‌ی رنگی که BT.2020 نام دارد و برای نمایشگرهای اولترا اچ‌دی به عنوان استاندارد اصلی به کار می‌رود را پوشش می‌دهد.

  • کوآنتوم دات مثل OLED به مرور زمان کیفیت و کارایی خود را بهتر حفظ می‌کند. البته اگر مدارات و لایه‌های استفاده شده در نمایشگرها که فعلاً شبیه OLED است بهینه شود، وضعیت عمر و کارایی محصولات مبتنی بر نقاط کوآنتومی هم بهتر می‌شود.
  • گستره‌ی امواجی که تولید می‌شود هم می‌تواند تا 30 درصد بیشتر از LCDها باشد در حالیکه توان مصرفی بین 30 تا 50 درصد کمتر است. بازدهی این نوع پنل‌ها بالاتر از 95 درصد است.
  • نقاط کوآنتومی به نور پس‌زمینه هم نیازی ندارد چرا که نسبت به CRTهای قدیمی و LCDهای امروزی، حدود 50 تا 100 برابر نورانی‌تر هستند! در واقع ممکن است این نوع نمایشگر دارای روشنایی 40000 شمع بر متر مربع هم باشد که در قیاس با روشنایی نهایتاً 700 شمع بر متر مربعی گوشی‌ها و تبلت‌های امروزی، به مراتب بیشتر است.
  • نقاط کوآنتومی در حلال آبی و غیرآبی حل می‌شوند که امکان استفاده از پنل‌های منعطف و معمولی در ابعاد متنوع را به سازندگان می‌دهد.
  • رزولوشن این نوع نمایشگرها هم بالاتر خواهد بود.
  • ضخامت باریک‌تر نمایشگر، امکان استفاده روی پلیمرها و استفاده از یک نوع ماده برای تولید رنگ‌های مختلف از دیگر مزایای این پنل‌هاست.
  • از مشکلات و معایب پیش‌رو می‌توان به نقاط کوآنتومی آبی‌رنگ اشاره کرد که هنگام تحریک به زمان‌بندی دقیق‌تری نیاز دارند. در واقع همان‌طور که اشاره کردم رنگ آبی توسط نقاط کوآنتومی کوچک‌تر ایجاد می‌شود که تحریک آن هم دقیق‌تر و مشکل‌تر است.
  • از طرفی حساسیت چشم انسان به نور سبز بیشتر است و به نور آبی کمتر. تفاوت در حد 5 برابر است لذا سازندگان پنل‌های نمایشگر باید توان مصرفی بیشتری برای رنگ آبی صرف کنند.

کاربردهای فعلی

در حال حاضر پنل تبلت Kindle Fire HDX 7 آمازون با همین تکنولوژی تولید شده که طبعاً هزینه‌ی بالاتری هم دارد. این تبلت از نظر توان مصرفی نمایشگر، گستره‌ی رنگ و اشباع رنگ‌های اصلی، یکی از بهترین‌هاست و عده‌ای آن را با OLEDها قیاس می‌کنند.

کیندل فایر اچ‌دی‌ایکس آمازون، اولین تبلت مجهز به نمایشگر کوآنتوم دات

دنیای تلویزیون هم به سرعت به نقطه‌ی کوآنتومی و نمایشگرهای مبتنی بر آن گرایش پیدا کرده که علت هزینه‌ی نسبتاً پایین و کیفیت بسیار خوب آن است. OLED گزینه‌ی بهتری است اما هزینه‌ی چند برابری، مانع از کاربرد گسترده‌ی آن می‌شود.

کمپانی QD Vision که روی تکنولوژی Triluminus برخی گوشی‌های سونی کار کرده، نانوکو گروپ و کوآنتوم متریال از کمپانی‌های بزرگی هستند که روی این تکنولوژی جدید و پنل‌های مبتنی بر آن کار می‌کنند و لذا در آتی تدریجاً تلویزیون‌ها و نمایشگرهای مبتنی بر نقاط کوآنتومی را خواهیم دید. حتی ال‌جی و سامسونگ که دو قطب بزرگ تولید نمایشگر در جهان هستند هم به فکر استفاده از این تکنولوژی افتاده‌اند.

اینتوتک