واحد خبر mobile.ir : تا چند سال قبل، نمایشگرهای پیشرفته‌ای که در ساخت گوشی هوشمند، تبلت، رایانه و تلویزیون به کار می‌رفتند، از بسترهای شیشه‌ای با ترانزیستورهای لایه نازک (یا همان TFT) استفاده می‌کردند که این بسترها وظیفه انتقال نور پس‌زمینه را از طریق پیکسل‌های موجود در کریستال مایع بر عهده داشتند. اما چند سالی است که نمایشگرهای گسیلی – مثل نمایشگرهایی که بر مبنای "دیودهای گسیل نور ارگانیک" یا همان OLEDها ساخته می‌شوند – به دنیای فناوری معرفی شده‌اند. از مزایای این نمایشگرها می‌توان به واکنش سریع‌تر و بازدهی بالاتر آنها در انرژی اشاره کرد. علت بازدهی بالای OLEDها در آن است که در هنگام نمایش رنگ‌های تاریک و مشکی، پیکسل مربوطه کاملا خاموش می‌شود. اما جدیدترین نوع نمایشگرها از تکنولوژی "نقطه کوانتومی" یا Quantum Dot بهره خواهند برد.

دیودهای گسیل‌دهنده نورِ نقظه کوانتومی – که به طور خلاصه QD-LED خوانده می‌شوند – نسل آینده تکنولوژی نمایشگرها بوده و ظاهرا در مصرف انرژی، راندمان بالاتری نسبت به OLEDها دارند. نقطه‌های کوانتومی، مواد نیمه‌رسانایی با ساختار کوچک (کمتر از ده‌ها نانومتر) هستند که ویژگی‌های الکتریکی و نوری آنها – به دلیل تأثیرات محدودیت کوانتومی – با خواص کلی این مواد فرق می‌کند. به عنوان مثال، خواص گسیلی نقطه‌های کوانتومی، علاوه بر ترکیب، به اندازه و شکل آنها نیز مربوط می‌شود.

کمپانی اپل تاکنون چندین پتنت را در زمینه نمایشگرهای نقطه کوانتومی به ثبت رسانده است. در همین زمینه، اداره ثبت اختراعات و علائم تجاری آمریکا (USPTO) در روز پنجشنبه 21 سپتامبر 2017 (30 شهریور 1396) درخواست پتنتی را از سوی اپل، تحت عنوان "فاصله‌گذاری نقطه کوانتومی برای نمایشگرهای ال‌ای‌دی نقطه کوانتومی با راندمان بالا" منتشر کرد. به گفته اپل، وقتی میدانی الکتریکی به نمایشگر QD-LED اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به سمت لایه نقطه کوانتومی حرکت می‌کنند؛ جایی که الکترون‌ها و حفره‌ها در نقطه‌های کوانتومی گیر افتاده، مجددا ترکیب شده و از خود فوتون گسیل می‌کنند. با تغییر اندازه نقطه‌های کوانتومی می‌توان طول موج گسیل را تنظیم کرد. معمولا نقطه‌های کوانتومی کوچک‌تر، رنگ آبی‌تری را گسیل کرده – که حاکی از انرژی بالاست – و رنگ گسیل‌شده از نقطه‌های کوانتومی بزرگ‌تر، قرمزتر بوده که نشان از انرژی کمتر دارد.

درخواست پتنت اخیر اپل، به لایه‌های نقطه کوانتومی و ساختار نمایشگرهای QD-LED مربوط می‌شود. در یکی از حالات متصور برای این اختراع، یک لایه نقطه کوانتومی (QD) شامل ماتریسی از نقطه‌های کوانتومی است که در آن، هر نقطه کوانتومی از اجزای زیر تشکیل شده: یک هسته، پوسته‌ای به دور هسته و پوششی از اکسید فلز به دور پوسته. در حالت دیگر، پوسته‌های مجاور نقطه‌های کوانتومی با متوسط فاصله 5 تا 10 نانومتر، جدای از هم گذاشته می‌شوند تا تأثیر " انتقال انرژی رزونانسی فورستر" (FRET) بر لایه QD را کاهش دهند. در حالتی دیگر، پوشش نقطه‌های کوانتومی – که از جنس اکسید فلز است – ضخامتی بین 2.5 تا 5 نانومتر دارند.

شکل شماره 5 – که به همراه پتنت منتشر شده – طرحی شماتیک از سطح مقطع یک نقطه کوانتومی را نشان می‌دهد که در آن لیگاندها در مجاورت پوسته قرار دارند (لیگاند در شیمی به مولکول یا یونی گفته می‌شود که با اتم فلز مرکزی پیوند برقرار کرده و ترکیب کمپلکس دهد). در شکل شماره 6 هم، سطح مقطعِ غشای نقطه کوانتومی به طور شماتیک به تصویر کشیده شده که در آن ترکیب نقطه‌های کوانتومی با پوشش‌های اکسید فلزی و همچنین نقطه‌های کوانتومی با لیگاندها به چشم می‌خورد.

در این دو شکل، لایه‌ای از QD دیده می‌شود که ممکن است شامل ماتریس دومی از QDها (شماره 500) باشد که در ماتریس اولیه QDها (شماره 300) پراکنده شده‌اند. همانطور که در شکل نشان داده شده، QDهای ماتریس دوم (شماره 500) ممکن است از QDهای ماتریس اول (شماره 300) کوچک‌تر باشند. به علاوه، QDها (شماره 500) ممکن است شامل لیگاندهای آلی یا غیرآلی باشند (شماره 506) که در مجاورت پوسته‌ها (شماره 104) قرار می‌گیرند. در یکی از حالات متصور برای این اختراع، یک لایه QD شامل ترکیبی از QDهای نیمه‌رسانا (شماره 500) به همراه QDهای پوشیده‌شده با اکسید فلز (شماره 300)، ممکن است برای کاهش یا حذف FRET، بین QDها فاصله ایجاد کنند. چنین ترکیبی ممکن است باعث به وجود آمدن "محل‌های به دام اندازی حامل" (carrier trap sites) روی QDها (شماره 500) شود. این محل‌ها می‌توانند میزان تحریک QD را در دیوایس بالا ببرند.

از یک جنبه دیگر، ممکن است پوشش‌های اکسید فلزی، سیستم موادی باشند که با دیوایس‌های QD-LED سازگارند. در هر حال، مطابق با حالات متصور، پوشش‌های اکسید فلزی می‌توانند ماتریسی برای جابجایی بار ایجاد کنند که ممکن است اثراتی چون افزایش منطقه بازسازی را به دنبال داشته باشد. در نتیجه، ممکن است بازدهی و عمر دیوایس افزایش یابد. بسته به شکاف پیوند و جایگاه پیوند مربوط به لایه‌های اطراف (موجود در یک دیوایس QD-LED)، انواع مختلفی از مواد اکسید فلزی می‌تواند استفاده شود.

در برخی حالات متصور برای این اختراع، ماده مورد نیاز برای پوشش اکسید فلز می‌تواند طوری انتخاب شود که در سطح مشخصی از انرژی HTL یا ETL مجاور باشد، که هر دوی آنها ممکن است از مواد آلی یا غیر آلی تشکیل شده باشند (HTL خلاصه‌شده Hole Transport Layer و به معنی "لایه جابجایی حفره" و ETL خلاصه شده Electron Transport Layer و به معنی "لایه جابجایی الکترون" است). به عنوان مثال، ماده پوشش اکسید فلز می‌تواند باند انتقالی با انرژی 1 الکترون‌ولت، یا به اندازه 0.5 الکترون ولت از باند انتقال یا پایین‌ترین اوربیتال مولکولی فاقد الکترون (LUMO) از یک ETL مجاور و یا باند ظرفیتی با انرژی 1 الکترون‌ولت یا به اندازه 0.5 الکترون ولت از باند ظرفیت یا بالاترین اوربیتال مولکولی دارای الکترون (HOMO) از یک HTL مجاور را دارا باشد. معمولا از HOMO و LUMO برای توصیف نیمه‌رساناها استفاده می‌شود، در حالی که باند ظرفیت و باند انتقال به منظور توصیف مواد غیرآلی نظیر نیمه‌رساناها و اکسیدهای فلز به کار می‌روند.

واضح است که این درخواست پتنت پیچیده بوده و مهندسین این حوزه، به مراتب بهتر از افراد معمولی متوجه سازوکار آن می‌شوند. درخواست این پتنت – که با شماره 201702711605 در USPTO منتشر شده – در سه‌ماهه دوم سال 2016 به این اداره داده شده بود. ناگفته نماند این صرفا یک درخواست پتنت بوده و زمان ورود چنین محصولی به بازار (البته در صورت تولید) مشخص نیست.