Що таке дисплей з квантовими точками (QLED)?
Dec 09, 2021
Що таке квантові точки?
1.1 Концепція
Квантові точки — це напівпровідникові наноструктури, які зв’язують екситони в трьох просторових напрямках. Квантові точки є важливим низьковимірним напівпровідниковим матеріалом, і їх три виміри не більше ніж вдвічі перевищують радіус Бора екситона (1-10 нм) відповідного напівпровідникового матеріалу.
Квантові точки, як правило, сферичні або квазісферичні, і їх діаметр часто становить від 2 до 20 нм, тоді як діаметр нашого волосся становить близько 100 000 нм (100 мкм).
1.2 Особливості
Квантові точки - це напівпровідники нанорівня. Прикладаючи певне електричне поле або світловий тиск до цього нанонапівпровідникового матеріалу, вони випромінюють світло певної частоти, і частота випромінюваного світла буде змінюватися з розміром цього напівпровідника. Тому, регулюючи розмір цього нано-напівпровідника, можна керувати кольором випромінюваного світла. Оскільки цей нанонапівпровідник має властивість обмежувати електрони та електронні діри (Електронна дірка), ця характеристика схожа на атоми чи молекули в природі. , Так називаються квантові точки.
Квантові точки - це напівпровідникові нанокристали. Коли розмір їх частинок менший за борівський радіус екситона, довжина вільного пробігу електронів обмежена невеликим діапазоном, і легко утворювати екситонні пари з дірками. Хвильові функції електронів і дірок перекриваються, в результаті чого утворюється екситонна смуга поглинання. Чим менший розмір квантової точки, тим більша ймовірність утворення екситонів і вища концентрація екситонів. Цей ефект називається ефектом квантового утримання. Ефект квантового обмеження квантових точок робить їх оптичні характеристики відрізняються від звичайних напівпровідникових матеріалів. Його енергетична зонна структура формує деякі енергетичні рівні екситонів біля дна зони провідності, що призводить до екситонних смуг поглинання, а рекомбінація екситонів призведе до випромінювання флуоресценції. Різні розміри квантових точок, різна ступінь квантової обмеженості електронів і дірок, різна також структура їх дискретного енергетичного рівня.
Зі зменшенням розміру частинок ступінь утримання електронів і дірок збільшується, що призводить до збільшення кінетичної енергії двох частинок, тобто збільшення енергії квантового утримання, і ефективна заборонена зона квантової точки розширюється, і у відповідних спектрах поглинання і випромінювання виникає синій зсув, і чим менше розмір, тим більше синій зсув. Тому, регулюючи розмір квантових точок, можна регулювати спектр випромінювання квантових точок.
Енергетичний рівень квантової точки розщеплюється через ефект квантового утримання, а ширина забороненої зони напівпровідника збільшується зі зменшенням розміру нанокристала.
Основні властивості квантових точок
1.3 Підготовка
1.3.1 Матеріали
Звичайні квантові точки складаються з IV, II-VI, IV-VI або III-V елементів. Конкретними прикладами є кремнієві квантові точки, квантові точки германію, квантові точки сульфіду кадмію, квантові точки селеніду кадмію, квантові точки кадмію телуриду, квантові точки селеніду цинку, квантові точки з сульфіду свинцю, квантові точки свинцю і селеніду свинцю. точки тощо.
Нині використовувані матеріали для квантових точок в основному включають серію селеніду кадмію (CdSe) та серії фосфіду індію (InP). Перший в основному використовується QD Vision, другий — Nanoco, а Nanosys — гібридні квантові точки з фосфіду індію та кадмію. план. Два види квантових точок мають свої переваги і недоліки. Селенід кадмію краще, ніж висока світловіддача та ширша колірна гамма. Фосфід індію не містить кадмію і не обмежується стандартом ЄС ROHS.
1.3.2 Спосіб приготування
Методи виготовлення квантових точок можна грубо розділити на три категорії: метод вирощування хімічного розчину, метод епітаксійного зростання та метод утримання електричного поля. Ці три типи методів виготовлення також відповідають трьом різним типам квантових точок.
Ріст хімічного розчину
У 1993 році дослідницька група під керівництвом професора Бавенді з Массачусетського технологічного інституту вперше синтезувала квантові точки однакового розміру в органічному розчині. Вони розчинили три кисневі елементи (сірка, селен і телур) в три-н-октилфосфіноксиді, а потім прореагували з диметилкадмієм в органічному розчині при температурі від 200 до 300 градусів Цельсія, щоб отримати відповідний матеріал з квантовими точками (сульфід кадмію). , селенід кадмію, телурид кадмію). Після цього люди винайшли багато методів синтезу колоїдних квантових точок на основі цього методу. Більшість напівпровідникових матеріалів можна синтезувати методами вирощування хімічних розчинів для отримання відповідних квантових точок.
Колоїдні квантові точки мають переваги низької вартості виробництва, високого виходу та високої світлової ефективності (особливо у видимому та ультрафіолетовому діапазонах). Але недоліком є те, що провідність вкрай низька. Оскільки органічні ліганди утворюються на поверхні квантових точок під час процесу виробництва, ван-дер-ваальсове притягання між квантовими точками компенсується для підтримки його стабільності в розчині. Але цей шар органічних лігандів значною мірою перешкоджає передачі зарядів між квантовими точками. Це значно зменшує застосування нанокристалів у сонячних елементах та інших компонентах. Вчені випробували різні методи підвищення провідності електричних зарядів у цьому матеріалі. Представно, у 2003 році професор Гайо-Сіоннест з Чиказького університету замінив оригінальні довголанцюгові органічні ліганди на коротше ланцюгові аміносполуки, звузив відстань між квантовими точками та вставив велику кількість електронів у квантові точки електрохімічними методами. Всередині провідність збільшена до 0,01 См/см.
Епітаксіальний ріст
Метод епітаксіального вирощування відноситься до зростання нових кристалів на матеріалі підкладки. Якщо кристали досить малі, утворяться квантові точки. За різним механізмом росту цей метод можна розділити на хімічне осадження з парової фази та молекулярно-променеву епітаксію.
Вирощені цим методом квантові точки ростуть на напівпровідниках іншого типу і легко поєднуються з традиційними напівпровідниковими приладами. Крім того, оскільки немає органічних лігандів, ефективність передачі заряду епітаксіальних квантових точок вища, ніж у колоїдних квантових точок, а рівень енергії легше контролювати, ніж колоїдних квантових точок. У той же час він також має переваги в меншій кількості дефектів поверхні. Однак, оскільки як хімічне осадження з парової фази, так і молекулярно-променева епітаксія вимагають високого або надвисокого вакууму, вартість епітаксійних квантових точок вища, ніж колоїдних квантових точок.
Метод утримання електричного поля
Метод обмеження електричного поля відноситься до повного використання електричного потенціалу металевого електрода для спотворення рівня енергії в напівпровіднику для формування обмеження на носіях. Оскільки необхідний розмір квантових точок знаходиться на нанометровому рівні, металевий електрод необхідно виготовити шляхом впливу електронного променя. Вартість найвища, а врожай найнижчий. Однак квантові точки, отримані цим методом, можуть контролювати рівень своєї енергії, кількість носіїв і спін, просто регулюючи напругу затвора. Завдяки надзвичайно високій керованості такі квантові точки також найбільш придатні для квантових обчислень.
1.4 Використання квантових точок
02
Застосування відображення квантових точок
2.1 Історія
На початку 1970-х років завдяки розвитку технології епітаксіального вирощування напівпровідників стало можливим отримання наноструктур. Перш за все, були синтезовані та широко досліджені тонкошарові двовимірні наноструктури, які називаються квантовими ямами (КЯ). Ця нанотонкошарова структура утворена розташуванням двох різних напівпровідникових матеріалів. Електрони і дірки утримуються в тонкому шарі товщиною в кілька нанометрів, що має очевидний ефект утримання. Регулюючи співвідношення складу, можна змінити ширину забороненої зони квантової ями.
У 2011 році Samsung Electronics випустила світлодіоди з квантовими точками, використовуючи органічні та неорганічні шари як шари для транспортування електронів і дірок світловипромінювального шару з квантовими точками відповідно. Розробивши візерунок плівки з квантовими точками методом перенесення, Samsung Electronics створила прототип 4-дюймового повнокольорового QLED-дисплею з активною матрицею. Дослідники Samsung спочатку наносять розчин квантової точки на кремнієву пластину, потім випарюють, а потім вдавлюють виступаючу частину в шар квантової точки. Після зняття поверхневого шару його переносять на скляну або пластикову підкладку. Цей процес реалізує квантову точку на підкладці. Передача. Його дослідники сказали, що для виробництва прототипів дисплеїв використовувалися скляні підкладки або гнучкі пластикові підкладки.
З 2013 року технологія відображення квантових точок застосовується до рідкокристалічних дисплеїв (LCD). Плівка з квантовими точками збирається між модулем підсвічування і рідкокристалічним елементом і наноситься на телевізори з високою кольоровою гамою і планшетні комп’ютери для отримання більш широкого діапазону кольорів. Домен і менше енергоспоживання.
У червні 2013 року Sony випустила високоякісний РК-телевізор, який використовує технологію квантових точок у підсвічуванні; У жовтні 2013 року Amazon також випустив планшетний комп’ютер, який використовує квантові точки в підсвічуванні РК-дисплею.
2.2 Характеристики відображення квантових точок
1. Висока чистота кольору, вузький пік спектру випромінювання та симетричний розподіл;
2. Спектр випромінювання регулюється, а довжину хвилі випромінювання можна змінювати, керуючи розміром і матеріалом квантових точок, таким чином керуючи кольором світловипромінювання;
3. Хороші кольори, що охоплюють колірну гаму більше ніж 100% NTSC;
4. Світлова ефективність висока, квантова ефективність досягає 90%, а світлостабільність хороша;
5. Він має потенціал для реалізації пікселів нанорівневого рівня, які можна використовувати для виробництва екранів з надвисокою роздільною здатністю.
