Kropki kwantowe, Nobel z chemii i telewizory QLED. Co je łączy?
Naukowcy odpowiedzialni za odkrycie i syntezę kropek kwantowych otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie Chemii. Otrzymali ją Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus i Alexei I. Ekimov. Na co dzień mamy z nią styczność w telewizorach i monitorach z matrycami QD-LED. Jaka jest historia tej technologii? Jakie są jej zalety? Jak działa i jaka jest jej przyszłość?
W grudniu 2002 roku Massachusetts Institute of Technology opublikował pracę, której autorami byli profesor chemii Moungi G. Bawendi oraz Vladimir Bulovic, asystent profesora inżynierii elektrycznej i informatyki. Połączyli organiczne materiały z nieorganicznymi nano kryształami, czego efektem było urządzenie emitujące światło dzięki organicznym kropkom kwantowym. Już wtedy uważano, że technologia może zastąpić ekrany ciekłokrystaliczne w elektronice konsumenckiej.
Pierwsze kroki
W 2011 r. naukowcy z Harvard School of Engineering and Applied Sciences stworzyli jednowarstwową matrycę QD-LED. Wcześniejsze urządzenia miały większe rozmiary, co czyniło je niepraktycznymi. Wynalazek zespołu z Harvardu pozwolił na uzyskanie takich samych efektów przy jednoczesnym spłaszczeniu warstw. Sami naukowcy porównali to do kanapki. Pojedyncza, aktywna warstwa kropek kwantowych była umieszczona pomiędzy dwiema elektrodami ceramicznymi. Światło było wytwarzane w momencie, kiedy prąd przepływał przez kropki kwantowe.
W tym samym roku zespół badawczy marki Samsung poinformował, że stworzył pierwszy kolorowy ekran, który wykorzystuje technologię kropek kwantowych. Miał przekątną zaledwie 4 cali. Już wtedy wieszczono, że takie wyświetlacze na stałe zagoszczą w elektronice użytkowej, ponieważ są jasne, tanie w produkcji i energooszczędne. Stworzono dwa typy wyświetlacza – jeden na szkle, a drugi w formie giętkiego tworzywa sztucznego.
W 2013 r. Sony przedstawiło telewizory z technologią Triluminos, które wykorzystywały kropki kwantowe do poprawy jakości obrazu. Niebieskie światło LED było przekształcane przez diody kwantowe na stosunkowo czystą czerwień i zieleń. To prowadziło do zwiększenia przepustowości światła użytecznego. W 2015 r. na targach Cunsomer Electronics Show marki Samsung, LG, TCL i Sony pokazały matryce LCD wzbogacone o technologię QD. W 2017 r. Samsung zamienił linię telewizorów SUHD na QLED. W tym samym roku zaprosił też Hisense i TCL do współpracy w ramach QLED Alliance.
Jak działają współczesne telewizory QLED?
Choć minęło już ponad 10 lat od przedstawienia pierwszego ekranu, pracującego w technologii QD-LED, to zasada działania pozostała niezmieniona. Kropki kwantowe to półprzewodnikowe nanokryształy o właściwościach półprzewodników i cząstek kwantowych. Mają wielkość od 2 do 10 nanometrów. Podobnie jak w telewizorach Sony z 2013 r., diody LED oświetlają warstwę folii z kropkami kwantowymi, które emitują czerwone i zielone światło pod wpływem niebieskiego.
Efektem połączenia barw jest białe światło, a jego spektrum barw jest zbliżone do wzorcowego światła słonecznego. To przekłada się na zwiększenie ilości szczegółów oraz zachowanie doskonałej jakości obrazu nawet przy ostrym świetle słonecznym. Plusem tej technologii jest też żywotność, która sięga miliona godzin. Nie ma tu też problemu wypalonych pikseli. Nie oznacza to jednak, że matryce QLED są pozbawione wad. Tu należy wspomnieć o tym, że mają niższy poziom kontrastu niż organiczne matryce OLED, które lepiej radzą sobie z czernią.
Przyszłość kropek kwantowych
Liderem produkcji ekranów QD-LED jest firma Nanosys, która została wykupiona przez Shoei Chemicals. Firmy współpracują nad technologią NanoLED, która pozwala na pobudzenie kropek kwantowych za pomocą energii elektrycznej, a więc bez użycia diod LED. Już w styczniu 2023 r. dziennikarz portalu CNET został zaproszony przez Nanosys na pokaz prototypowego wyświetlacza. Według jego relacji ekran miał przekątną 6 cali i był grubości kartki papieru, a przy tym wyświetlał obraz z idealnymi kolorami. Technologia może być gotowa do wprowadzenia na rynek już w 2025 r.
