Kaj je zaslon s kvantnimi pikami (QLED)?
Dec 09, 2021
Kaj so kvantne pike?
1.1 Koncept
Kvantne pike so polprevodniške nanostrukture, ki vežejo ekscitone v treh prostorskih smereh. Kvantne pike so pomemben nizkodimenzionalni polprevodniški material in njihove tri dimenzije niso več kot dvakrat večji od Bohrovega polmera ekscitona (1-10 nm) ustreznega polprevodniškega materiala.
Kvantne pike so običajno sferične ali kvazi-sferične, njihov premer pa je pogosto med 2-20 nm, medtem ko je premer naših las približno 100.000 nm (100 μm).
1.2 Lastnosti
Kvantne pike so polprevodniki na nano nivoju. Z uporabo določenega električnega polja ali svetlobnega pritiska na ta nanopolprevodniški material bodo oddajali svetlobo določene frekvence, frekvenca oddane svetlobe pa se bo spreminjala z velikostjo tega polprevodnika. Zato je s prilagajanjem velikosti tega nano-polprevodnika mogoče nadzorovati barvo oddane svetlobe. Ker ima ta nanopolprevodnik značilnost omejevanja elektronov in elektronskih lukenj (Electron hole), je ta lastnost podobna atomom ali molekulam v naravi. , Tako imenovane kvantne pike.
Kvantne pike so polprevodniški nanokristali. Ko je njihova velikost delcev manjša od Bohrovega polmera ekscitona, je povprečna prosta pot elektronov omejena na majhen razpon in je enostavno tvoriti ekscitonske pare z luknjami. Valovne funkcije elektronov in lukenj se prekrivajo, kar ima za posledico absorpcijski pas ekscitonov. Manjša kot je velikost kvantne pike, večja je verjetnost nastanka ekscitonov in večja je koncentracija ekscitonov. Ta učinek se imenuje učinek kvantne omejitve. Zaradi učinka kvantne omejitve kvantnih pik je njegova optična zmogljivost drugačna od običajnih polprevodniških materialov. Njegova struktura energijskih pasov tvori nekaj energijskih nivojev ekscitonov blizu dna prevodnega pasu, kar ima za posledico absorpcijske pasove ekscitonov, rekombinacija ekscitonov pa bo povzročila fluorescenčno sevanje. Velikost kvantnih pik je različna, različna je stopnja kvantno omejenosti elektronov in lukenj, različne so tudi njihove diskretne strukture energijskih nivojev.
Ko se velikost delcev zmanjšuje, se stopnja zaprtosti elektronov in lukenj poveča, kar vodi do povečanja kinetične energije obeh, to je do povečanja energije kvantne omejitve, učinkovita pasovna vrzel kvantne pike pa se razširi in ustrezna absorpcijska in emisijska spektra se pojavita modri premik in manjša kot je velikost, večji je modri premik. Zato je s prilagajanjem velikosti kvantnih pik mogoče prilagoditi emisijski spekter kvantnih pik.
Raven energije kvantne pike je razdeljena zaradi učinka kvantne omejitve, polprevodniška pasovna vrzel pa se povečuje, ko se velikost nanokristala zmanjšuje.
Glavne lastnosti kvantnih pik
1.3 Priprava
1.3.1 Materiali
Običajne kvantne pike so sestavljene iz elementov IV, II-VI, IV-VI ali III-V. Posebni primeri so silicijeve kvantne pike, germanijeve kvantne pike, kadmijev sulfid kvantne pike, kadmijev selenid kvantne pike, kadmijev telurid kvantne pike, cinkov selenid kvantne pike, svinčev sulfid kvantne pike, svinčev sulfid kvantne pike, svinčev selenid in kvantne pike. pike itd.
Trenutno uporabljeni materiali kvantnih pik večinoma vključujejo serijo kadmijevega selenida (CdSe) in serije indijevega fosfida (InP). Prvega v glavnem uporablja QD Vision, drugega uporablja predvsem Nanoco, Nanosys pa uporablja hibridne kvantne pike indijevega fosfida in kadmija. načrt. Dve vrsti kvantnih pik imata svoje prednosti in slabosti. Kadmijev selenid je boljši od visoke svetlobne učinkovitosti in širšega barvnega razpona. Indijev fosfid ne vsebuje kadmija in ni omejen s standardom EU ROHS.
1.3.2 Metoda priprave
Metode izdelave kvantnih pik lahko v grobem razdelimo v tri kategorije: metoda rasti kemične raztopine, metoda epitaksijske rasti in metoda zaprtja električnega polja. Te tri vrste proizvodnih metod ustrezajo tudi trem različnim vrstam kvantnih pik.
Rast kemične raztopine
Leta 1993 je raziskovalna skupina pod vodstvom profesorja Bawendija z Massachusetts Institute of Technology prvič sintetizirala kvantne pike enotne velikosti v organski raztopini. Raztopili so tri kisikove elemente (žveplo, selen in telur) v tri-n-oktilfosfin oksidu in nato reagirali z dimetil kadmijem v organski raztopini pri 200 do 300 stopinjah Celzija, da bi ustvarili ustrezen material kvantne pike (kadmijev sulfid). , kadmijev selenid, kadmijev telurid). Po tem so ljudje na podlagi te metode izumili številne metode za sintezo koloidnih kvantnih pik. Večino polprevodniških materialov je mogoče sintetizirati z metodami rasti kemičnih raztopin za proizvodnjo ustreznih kvantnih pik.
Koloidne kvantne pike imajo prednosti nizkih proizvodnih stroškov, visokega donosa in visoke svetlobne učinkovitosti (zlasti v vidnem in ultravijoličnem pasu). Toda pomanjkljivost je, da je prevodnost izjemno nizka. Ker se med proizvodnim procesom na površini kvantnih pik tvorijo organski ligandi, se van der Waalsova privlačnost med kvantnimi pikami izravna, da se ohrani njena stabilnost v raztopini. Toda ta plast organskih ligandov močno ovira prenos nabojev med kvantnimi pikami. To močno zmanjša uporabo nanokristalov v sončnih celicah in drugih komponentah. Znanstveniki so preizkusili različne metode za povečanje prevodnosti električnih nabojev v tem materialu. Reprezentativno je leta 2003 profesor Guyot-Sionnest z Univerze v Chicagu zamenjal originalne dolgoverižne organske ligande z amino spojinami s krajšo verigo, zožil razmik kvantnih pik in z elektrokemičnimi metodami vbrizgal veliko število elektronov v kvantne pike. V notranjosti se prevodnost poveča na 0,01S/cm.
Epitaksialna rast
Metoda epitaksijske rasti se nanaša na rast novih kristalov na materialu substrata. Če so kristali dovolj majhni, bodo nastale kvantne pike. Glede na različne mehanizme rasti lahko to metodo razdelimo na kemično nanašanje hlapov in epitaksijo z molekularnim žarkom.
Kvantne pike, vzgojene s to metodo, rastejo na drugi vrsti polprevodnikov in se zlahka kombinirajo s tradicionalnimi polprevodniškimi napravami. Poleg tega, ker ni organskih ligandov, je učinkovitost prenosa naboja epitaksalnih kvantnih pik višja kot pri koloidnih kvantnih pikah, raven energije pa je lažje nadzorovati kot koloidne kvantne pike. Hkrati ima tudi prednosti manj površinskih napak. Ker pa tako kemično nanašanje hlapov kot epitaksija z molekularnim žarkom zahtevata visok vakuum ali ultravisok vakuum, so stroški epitaksalnih kvantnih pik višji kot pri koloidnih kvantnih pikah.
Metoda omejevanja električnega polja
Metoda omejevanja električnega polja se nanaša na polno uporabo električnega potenciala kovinske elektrode za izkrivljanje nivoja energije v polprevodniku, da se tvori omejitev na nosilcih. Ker je zahtevana velikost kvantnih pik na nanometrski ravni, je treba kovinsko elektrodo izdelati z izpostavljenostjo elektronskemu žarku. Stroški so najvišji, donos pa najnižji. Vendar pa lahko kvantne pike, proizvedene s to metodo, nadzorujejo svojo energijsko raven, število nosilcev in vrtenje preprosto s prilagajanjem napetosti vrat. Zaradi izjemno visoke obvladljivosti so takšne kvantne pike najbolj primerne tudi za kvantno računalništvo.
1.4 Uporaba kvantnih pik
02
Uporaba prikaza kvantnih pik
2.1 Zgodovina
V zgodnjih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je zaradi razvoja polprevodniške epitaksialne tehnologije rasti postala možna priprava nanostruktur. Najprej so bile sintetizirane in obsežno preučene tankoslojne dvodimenzionalne nanostrukture, imenovane kvantne vdolbinice (QW). Ta nano-tankoplastna struktura je oblikovana z razporeditvijo dveh različnih polprevodniških materialov. Elektroni in luknje so zaprti v tanki plasti debeline nekaj nanometrov, kar ima očiten učinek zaprtja. S prilagajanjem razmerja sestave lahko spremenite pasovno vrzel kvantne vrtine.
Leta 2011 je Samsung Electronics izdelal svetleče diode s kvantno piko z uporabo organskih in anorganskih plasti kot plasti za prenos elektronov oziroma lukenj v plasti, ki oddaja svetlobo kvantne točke. Z vzorčenjem filma s kvantnimi pikami po metodi prenosa je Samsung Electronics izdelal 4-palčni prototip QLED zaslonske naprave s polno barvno aktivno matrico. Samsungovi raziskovalci najprej nanesejo raztopino kvantne pike na silikonsko ploščo, nato izhlapijo in nato štrleči del pritisnejo v plast kvantne pike. Po odstranitvi površinske plasti se le-ta prenese na stekleno ali plastično podlago. Ta proces uresničuje kvantno piko na substrat. Prenos. Njegovi raziskovalci so povedali, da so bili za izdelavo prototipov zaslonov uporabljeni stekleni ali fleksibilni plastični substrati.
Od leta 2013 se tehnologija kvantnih pik uporablja za zaslone s tekočimi kristali (LCD). Film s kvantnimi pikami je sestavljen med modulom za osvetlitev ozadja in celico s tekočimi kristali in se nanese na televizorje z visoko barvno paleto in tablične računalnike, da se doseže širši razpon barv. Domena in nižja poraba energije.
Sony je junija 2013 predstavil model LCD TV visokega razreda, ki uporablja tehnologijo kvantnih pik v osvetlitvi ozadja; Amazon je oktobra 2013 predstavil tudi tablični računalnik, ki uporablja kvantne pike v osvetlitvi LCD-zaslona.
2.2 Prikaz značilnosti kvantnih pik
1. Visoka barvna čistost, ozek vrh emisijskega spektra in simetrična porazdelitev;
2. Emisijski spekter je nastavljiv, valovno dolžino emisije pa je mogoče spreminjati z nadzorovanjem velikosti in materiala kvantnih pik, s čimer nadzorujemo barvo, ki oddaja svetlobo;
3. Dobra barvna zmogljivost, ki pokriva barvni razpon več kot 100 % NTSC;
4. Svetlobna učinkovitost je visoka, kvantna učinkovitost je kar 90%, svetlobna stabilnost pa dobra;
5. Ima potencial za realizacijo slikovnih pik na nano ravni, ki se lahko uporabljajo za izdelavo zaslonov z ultra visoko ločljivostjo.
