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Allo stato attuale numerosi display in commercio utilizzano nanocristalli semiconduttori denominati quantum dots, caratterizzati da proprietà elettriche e ottiche, che possono produrre luce monocromatica rossa, verde o blu con FWHM (Full Width at Half Maximum ovvero la larghezza a metà altezza di una funzione) molto ridotta, se opportunamente sollecitati. In particolare i quantum dot hanno la peculiarità di emettere luce se sollecitati da radiazioni luminose ad energia sufficientemente elevata (fotoluminescenti), elettroni se sollecitati da sorgenti luminose (fotoelettrici) e ancora emettere luce se sollecitati da elettroni (elettroluminescenti).

Particolarmente interessanti sono i Quantum Dot elettroemissivi, detti QDEL o ancor meglio denominati con l'acronimo ELQD (Electro Luminescent Quantum Dots) dalla stessa Nanosys, holding all'avanguardia nello sviluppo di tali dispositivi. In un prossimo futuro, grazie agli ELQD, potremmo avere un'interessante alternativa ai diodi organici ad emissione di luce per la realizzazione di display dalle elevate performance. 

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Un quesito mi ha particolarmente attanagliato nei giorni passati, ovvero scoprire lo stato dell'arte attuale dei quantum dots elettroluminescenti ed avere un'idea abbastanza precisa nella roadmap di sviluppo di tali dispositivi. Esistono già prototipi funzionanti? Quali sono le loro attuali performance rispetto a dispositivi già sul mercato? Quanto dovremmo aspettare per mettere le mani su un TV con tecnologia ELQD?.  

C'è innanzitutto da fare una piccola precisazione: al momento la gran parte dei produttori sta cercando di sviluppare Quantum dot privi di cadmio che dispongano di prestazioni comparabili a quelli realizzati in seleniuro di cadmio. La tossicità di questo materiale ha spinto la ricerca verso dispositivi cadmium free o in cui è presente in piccolissime quantità, come quelli sviluppati da Nanosys. Di grande importanza i risultati ottenuti nei valori di EQE (External Quantum Efficiency) ovvero Efficienza quantica esterna, che fino a poco tempo fa limitavano decisamente la possibilità di una commercializzazione dei QD elettroluminescenti. Nanosys ha effettuato alla Display Week del 2018 la prima dimostrazione pubblica di pixel Quantum Dot RGB elettroemissivi, avendo ottenuto per tutti e tre i colori un'efficienza superiore al 10%.

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A fugare tutti i miei dubbi e perplessità un interessante scambio di messaggi con Jeff Yurek, Director of Marketing and Investor Relations, Nanosys:

FB: Ciao Jeff, qual è attualmente lo stato dell'arte della tecnologia QDEL? Esiste un prototipo funzionante?

JY: Ciao Franco grazie per il tuo interesse nei nostri dispositivi Quantum Dot, ti mando alcune foto di un prototipo perfettamente funzionante che mostra materiali Quantum Dot elettroluminescenti. Ci sono stati dei primi prototipi di display a colori da aziende produttrici di display come BOE (noi siamo un fornitore di materiali, non un produttore di display) in recenti fiere come il SID DisplayWeek.

FB: Cosa mi puoi dire sulle prestazioni e in particolare sull'efficienza degli attuali Quantum Dot elettroluminescenti?

JY: Ti sto inviando anche una slide che mostra gli ultimi dati di efficienza per i materiali QD elettroluminescenti. Qui puoi vedere l'EQE o l'Efficienza Quantica Esterna per tutti e tre i colori. Questo dato è davvero molto impressionante per i QDEL senza cadmio visto che stiamo per avvicinarci alle prestazioni degli OLED.

FB: Quanto dovremo aspettare per vedere i vostri dispositivi trovare applicazioni a livello commerciale? 

JY: I progressi sono rapidi e siamo molto entusiasti del futuro brillante dei QDEL. Detto questo, non ci aspettiamo di vedere questa tecnologia commercializzata nei televisori per altri 3-5 anni.

FB: Quale è attualmente la roadmap dei processi produttivi di Nanosys? 

JY: Il prossimo passo nella tecnologia per i TV sarà il display ibrido QD-OLED che utilizza uno strato di conversione del colore Quantum Dot sopra un substrato OLED blu. Questi dispositivi saranno probabilmente disponibili in commercio a metà del prossimo anno!

A dimostrare i progressi ottenuti nella tecnologia QD-OLED, Samsung Display, uno dei principali partner Nanosys, ha mostrato al CES 2020 due prototipi 8K/4K da 65". Se ci soffermiamo ad analizzare la slide relativa all'efficienza quantica esterna degli attuali quantum dot, si evince chiaramente che siamo ancora ben lontani dal valore minimo del 20%, che è solitamente ritenuto accettabile per la commercializzazione dei materiali, specialmente per la componente blu che è la più delicata da realizzare. Altro parametro fondamentale per una possibile commercializzazione è rappresentato dal "tempo di vita" ed al momento siamo ben lontani dai valori minimi richiesti per ottenere una luminanza adeguata per determinate applicazioni come il supporto HDR; in una sua recente intervista, però, Jason Hartlove, CEO di Nanosys, ha dichiarato che il suo team è in grado di raggiungere nel corso di un anno valori paragonabili a quelli degli OLED TAFD. Ulteriori parametri richiesti (resa quantica, FWHM, frequenza centrale dello spettro luminoso, etc.), invece, ci fanno ben sperare essendo pienamente al di sopra della soglia minima.