دیود نورافشان نقطه کوانتومی (Quantum Dot Light Emitting Diode - QLED)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود نورافشان نقطه کوانتومی (Quantum Dot Light Emitting Diode - QLED) :
دیود نورافشان نقطه کوانتومی یا QLED (Quantum Dot Light Emitting Diode) نوعی دیود نورافشان است که در آن از نقاط کوانتومی (Quantum Dots) به عنوان ماده ساطع کننده نور استفاده می شود. نقاط کوانتومی نانوکریستال های نیمه رسانایی هستند که به دلیل اندازه بسیار کوچک خود (معمولا ۲ تا ۱۰ نانومتر)، خواص نوری و الکترونیکی منحصر به فردی از خود نشان می دهند. مهم ترین ویژگی نقاط کوانتومی، قابلیت تنظیم رنگ نور ساطع شده بر اساس اندازه آنها است.
مکانیزم فیزیکی پشت این ویژگی، اثر محصورشدگی کوانتومی (Quantum Confinement Effect) است. در یک نیمه رسانای معمولی، گاف انرژی (Bandgap) ثابت است. اما در نقاط کوانتومی، با کوچک تر شدن اندازه نقطه، گاف انرژی افزایش می یابد و در نتیجه نور ساطع شده به سمت طول موج های کوتاه تر (آبی) شیفت می کند. با بزرگ تر شدن اندازه نقطه، گاف انرژی کاهش یافته و نور به سمت قرمز شیفت می کند. این قابلیت، کنترل دقیق روی رنگ نور را بدون تغییر در ترکیب شیمیایی ماده ممکن می سازد.
QLEDها مزایای قابل توجهی نسبت به OLEDهای معمولی دارند. مهم ترین مزیت آنها، خلوص رنگ بسیار بالا (FWHM باریک) است که منجر به طیف رنگی گسترده تر (Wider Color Gamut) و تصاویر زنده تر می شود. همچنین QLEDها پایداری و طول عمر بیشتری دارند، به ویژه برای رنگ آبی که در OLEDها چالش برانگیز است. بازده نوری QLEDها نیز به طور مداوم در حال بهبود است و در برخی نمونه ها به OLEDها نزدیک شده است.
ساختار یک QLED شبیه OLED است اما لایه ساطع کننده نور از نقاط کوانتومی تشکیل شده است. این لایه می تواند به صورت یک لایه فشرده از نقاط کوانتومی (Quantum Dot Layer) یا به صورت پراکندگی نقاط کوانتومی در یک ماتریس (Matrix) باشد. نقاط کوانتومی معمولا با روش های محلولی سنتز می شوند و با روش هایی مانند اسپین کوتینگ (Spin Coating) یا چاپ جوهرافشانی (Inkjet Printing) لایه نشانی می شوند.
QLEDها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند: QLEDهای با تحریک نوری (Photoluminescence QLEDs) و QLEDهای با تحریک الکتریکی (Electroluminescence QLEDs). نوع اول که در نمایشگرهای QLED تجاری امروزی (مانند تلویزیون های سامسونگ) استفاده می شود، در واقع یک نمایشگر LCD با نور پس زمینه آبی LED و یک لایه نقاط کوانتومی برای تبدیل بخشی از نور آبی به نور قرمز و سبز است. نوع دوم که به QLED واقعی (True QLED) معروف است، در آن نقاط کوانتومی مستقیما با جریان الکتریکی تحریک می شوند و نور تولید می کنند. این نوع هنوز در مراحل تحقیقاتی و توسعه است.
QLEDهای با تحریک الکتریکی (Electroluminescent QLEDs) ساختاری شبیه به OLED دارند با این تفاوت که لایه ساطع کننده از نقاط کوانتومی است. هنگامی که جریان عبور می کند، الکترون ها و حفره ها به نقاط کوانتومی تزریق می شوند و در آنها بازترکیب شده و نور تولید می کنند. چالش اصلی در این نوع، تزریق متعادل الکترون ها و حفره ها به نقاط کوانتومی و جلوگیری از اتلاف انرژی به صورت گرما است.
یکی از مزایای بزرگ QLEDها، پایداری حرارتی و شیمیایی بهتر نقاط کوانتومی معدنی نسبت به مواد آلی است. این بدان معناست که QLEDها می توانند در دماهای بالاتر کار کنند و طول عمر بیشتری داشته باشند. همچنین نقاط کوانتومی در برابر رطوبت و اکسیژن مقاوم تر هستند، هرچند محفظه سازی همچنان ضروری است.
QLEDها همچنین قابلیت دستیابی به روشنایی بسیار بالا (High Brightness) را دارند که برای کاربردهایی مانند تلویزیون های HDR و نمایشگرهای با نور پس زمینه قوی مناسب است. بازده انرژی آنها نیز در حال بهبود است و پیش بینی می شود در آینده نزدیک با OLEDهای رقابتی برابری کند.
کاربردهای QLED عمدتا در صنعت نمایشگر است. تلویزیون های QLED (با نور پس زمینه LED و لایه نقاط کوانتومی) در حال حاضر به طور گسترده در بازار موجود هستند و کیفیت رنگ بسیار خوبی دارند. QLEDهای الکترولومینسانس (True QLED) پتانسیل ساخت نمایشگرهای با کیفیت حتی بالاتر و انعطاف پذیر را دارند. همچنین از نقاط کوانتومی در نورپردازی (برای تولید نور با طیف دلخواه) و در سلول های خورشیدی (برای افزایش بازده) نیز استفاده می شود.
تحقیقات روی QLEDها بسیار فعال است و زمینه های مختلفی از جمله سنتز نقاط کوانتومی بدون کادمیوم (Cadmium-Free Quantum Dots) برای کاهش سمیت، بهبود بازده و پایداری، و توسعه روش های چاپ با رزولوشن بالا برای تولید نمایشگرهای با کیفیت را شامل می شود. نقاط کوانتومی پروسکایتی (Perovskite Quantum Dots) نیز به دلیل خواص نوری عالی و هزینه کم، مورد توجه قرار گرفته اند.
در نهایت، QLEDها به عنوان نسل آینده فناوری نمایشگر پس از OLED مطرح هستند. با ترکیب خلوص رنگ بالا، پایداری خوب، و پتانسیل تولید کم هزینه، انتظار می رود QLEDهای الکترولومینسانس در سال های آینده به تدریج وارد بازار شوند و رقابت تنگاتنگی با OLEDها داشته باشند. اصطلاح QD-OLED نیز به ترکیبی از نقاط کوانتومی و OLED اشاره دارد که در آن از نقاط کوانتومی به عنوان فیلتر رنگی برای یک منبع نور آبی OLED استفاده می شود و کیفیت بسیار بالایی را ارائه می دهد.
