Apakah paparan titik kuantum (QLED)?
Dec 09, 2021
Apakah titik kuantum?
1.1 Konsep
Titik kuantum ialah struktur nano semikonduktor yang mengikat exciton dalam tiga arah spatial. Titik kuantum ialah bahan semikonduktor berdimensi rendah yang penting, dan tiga dimensinya tidak lebih daripada dua kali jejari Bohr pengujaan (1-10nm) bahan semikonduktor yang sepadan.
Titik kuantum biasanya berbentuk sfera atau separa sfera, dan diameternya selalunya antara 2-20 nm, manakala diameter rambut kita adalah kira-kira 100,000 nm (100 μm).
1.2 Ciri-ciri
Titik kuantum ialah semikonduktor peringkat nano. Dengan menggunakan medan elektrik atau tekanan cahaya tertentu pada bahan semikonduktor nano ini, ia akan mengeluarkan cahaya frekuensi tertentu, dan frekuensi cahaya yang dipancarkan akan berubah mengikut saiz semikonduktor ini. Oleh itu, dengan melaraskan saiz semikonduktor nano ini, warna cahaya yang dipancarkan dapat dikawal. Oleh kerana semikonduktor nano ini mempunyai ciri mengehadkan elektron dan lubang elektron (Electron hole), ciri ini serupa dengan atom atau molekul di alam semula jadi. , Oleh itu dipanggil titik kuantum.
Titik kuantum ialah nanohablur semikonduktor. Apabila saiz zarahnya lebih kecil daripada jejari Bohr exciton, laluan bebas elektron purata dihadkan kepada julat yang kecil, dan mudah untuk membentuk pasangan exciton dengan lubang. Fungsi gelombang elektron dan lubang bertindih, menghasilkan jalur penyerapan exciton. Lebih kecil saiz titik kuantum, lebih besar kebarangkalian untuk membentuk excitons dan lebih tinggi kepekatan excitons. Kesan ini dipanggil kesan kurungan kuantum. Kesan kuantum kuantum titik kuantum menjadikan prestasi optiknya berbeza daripada bahan semikonduktor konvensional. Struktur jalur tenaganya membentuk beberapa aras tenaga pengujaan berhampiran bahagian bawah jalur pengaliran, menghasilkan jalur penyerapan pengujaan, dan penggabungan semula pengujaan akan menghasilkan sinaran pendarfluor. Saiz titik kuantum adalah berbeza, tahap di mana elektron dan lubang terkurung kuantum adalah berbeza, dan struktur tahap tenaga diskretnya juga berbeza.
Apabila saiz zarah berkurangan, tahap kekurungan elektron dan lubang meningkat, membawa kepada peningkatan tenaga kinetik kedua-duanya, iaitu, peningkatan dalam tenaga kurungan kuantum, dan jurang jalur berkesan titik kuantum melebar, dan spektrum penyerapan dan pelepasan yang sepadan berlaku Anjakan biru, dan lebih kecil saiznya, lebih besar anjakan biru. Oleh itu, dengan melaraskan saiz titik kuantum, spektrum pelepasan titik kuantum boleh dilaraskan.
Tahap tenaga titik kuantum berpecah disebabkan oleh kesan kurungan kuantum, dan jurang jalur semikonduktor meningkat apabila saiz nanokristal berkurangan.
Sifat utama titik kuantum
1.3 Persediaan
1.3.1 Bahan
Titik kuantum biasa terdiri daripada unsur IV, II-VI, IV-VI atau III-V. Contoh khusus ialah titik kuantum silikon, titik kuantum germanium, titik kuantum kadmium sulfida, titik kuantum kadmium selenide, titik kuantum kadmium telluride, titik kuantum zink selenida, titik kuantum plumbum sulfida, titik kuantum plumbum selenida, indium arts phosphide kuantum dots kuantum dan dalam titik, dsb.
Bahan titik kuantum yang digunakan pada masa ini terutamanya termasuk siri cadmium selenide (CdSe) dan siri indium phosphide (InP). Yang pertama digunakan terutamanya oleh QD Vision, yang kedua digunakan terutamanya oleh Nanoco, dan Nanosys menggunakan titik kuantum hibrid indium phosphide dan kadmium. rancangan. Dua jenis titik kuantum mempunyai kelebihan dan kekurangan mereka sendiri. Kadmium selenide lebih baik daripada kecekapan bercahaya tinggi dan gamut warna yang lebih luas. Indium phosphide tidak mengandungi kadmium dan tidak dihadkan oleh standard ROHS EU.
1.3.2 Kaedah penyediaan
Kaedah pembuatan titik kuantum boleh dibahagikan secara kasar kepada tiga kategori: kaedah pertumbuhan larutan kimia, kaedah pertumbuhan epitaxial, dan kaedah kurungan medan elektrik. Ketiga-tiga jenis kaedah pembuatan ini juga sepadan dengan tiga jenis titik kuantum yang berbeza.
Pertumbuhan larutan kimia
Pada tahun 1993, pasukan penyelidik yang diketuai oleh Profesor Bawendi dari Institut Teknologi Massachusetts mensintesis titik kuantum saiz seragam dalam larutan organik buat kali pertama. Mereka melarutkan tiga unsur oksigen (sulfur, selenium, dan tellurium) dalam tri-n-octyl phosphine oxide, dan kemudian bertindak balas dengan dimetil kadmium dalam larutan organik pada suhu 200 hingga 300 darjah Celsius untuk menghasilkan bahan titik kuantum yang sepadan (kadmium sulfida). , Kadmium selenide, kadmium telluride). Selepas itu, orang ramai mencipta banyak kaedah mensintesis titik kuantum koloid berdasarkan kaedah ini. Kebanyakan bahan semikonduktor boleh disintesis melalui kaedah pertumbuhan larutan kimia untuk menghasilkan titik kuantum yang sepadan.
Titik kuantum koloid mempunyai kelebihan kos pengeluaran yang rendah, hasil yang tinggi, dan kecekapan bercahaya yang tinggi (terutamanya dalam jalur yang kelihatan dan ultraungu). Tetapi kelemahannya ialah kekonduksian adalah sangat rendah. Oleh kerana ligan organik dijana pada permukaan titik kuantum semasa proses pengeluaran, tarikan van der Waals antara titik kuantum diimbangi untuk mengekalkan kestabilannya dalam larutan. Tetapi lapisan ligan organik ini sangat menghalang pemindahan cas antara titik kuantum. Ini sangat mengurangkan penggunaan nanokristal dalam sel suria dan komponen lain. Para saintis telah mencuba pelbagai kaedah untuk meningkatkan kekonduksian cas elektrik dalam bahan ini. Secara perwakilan, pada tahun 2003, Profesor Guyot-Sionnest dari University of Chicago menggantikan ligan organik rantai panjang asal dengan sebatian amino rantaian yang lebih pendek, mengecilkan jarak titik kuantum, dan menyuntik sejumlah besar elektron ke dalam titik kuantum melalui kaedah elektrokimia. Di dalam, kekonduksian meningkat kepada 0.01S/cm.
Pertumbuhan epitaxial
Kaedah pertumbuhan epitaxial merujuk kepada pertumbuhan kristal baru pada bahan substrat. Jika kristal cukup kecil, titik kuantum akan terbentuk. Mengikut mekanisme pertumbuhan yang berbeza, kaedah ini boleh dibahagikan kepada pemendapan wap kimia dan epitaksi rasuk molekul.
Titik kuantum yang ditanam melalui kaedah ini tumbuh pada jenis semikonduktor lain dan mudah digabungkan dengan peranti semikonduktor tradisional. Di samping itu, kerana tiada ligan organik, kecekapan pemindahan caj titik kuantum epitaxial adalah lebih tinggi daripada titik kuantum koloid, dan tahap tenaga lebih mudah dikawal daripada titik kuantum koloid. Pada masa yang sama, ia juga mempunyai kelebihan kecacatan permukaan yang lebih sedikit. Walau bagaimanapun, oleh kerana kedua-dua pemendapan wap kimia dan epitaksi rasuk molekul memerlukan vakum tinggi atau vakum ultra-tinggi, kos titik kuantum epitaxial adalah lebih tinggi daripada titik kuantum koloid.
Kaedah kurungan medan elektrik
Kaedah kurungan medan elektrik merujuk kepada penggunaan sepenuhnya potensi elektrik elektrod logam untuk memesongkan tahap tenaga dalam semikonduktor untuk membentuk kekangan pada pembawa. Memandangkan saiz titik kuantum yang diperlukan adalah pada tahap nanometer, elektrod logam perlu dibuat oleh pendedahan pancaran elektron. Kos adalah yang paling tinggi dan hasil adalah yang paling rendah. Walau bagaimanapun, titik kuantum yang dihasilkan oleh kaedah ini boleh mengawal tahap tenaga, bilangan pembawa dan putaran mereka hanya dengan melaraskan voltan get. Oleh kerana kebolehkawalan yang sangat tinggi, titik kuantum sedemikian juga paling sesuai untuk pengkomputeran kuantum.
1.4 Kegunaan titik kuantum
02
Aplikasi paparan titik kuantum
2.1 Sejarah
Pada awal 1970-an, disebabkan perkembangan teknologi pertumbuhan epitaxial semikonduktor, penyediaan struktur nano menjadi mungkin. Pertama sekali, struktur nano dua dimensi lapisan nipis yang dipanggil Quantum Wells (QW) telah disintesis dan dikaji secara meluas. Struktur lapisan nano-nipis ini terbentuk melalui susunan dua bahan semikonduktor yang berbeza. Elektron dan lubang terkurung dalam lapisan nipis setebal beberapa nanometer, yang mempunyai kesan terkurung yang jelas. Dengan melaraskan nisbah komposisi, jurang jalur telaga kuantum boleh diubah.
Pada tahun 2011, Samsung Electronics menghasilkan diod pemancar cahaya titik kuantum menggunakan lapisan organik dan bukan organik sebagai lapisan pengangkutan elektron dan lubang bagi lapisan pemancar cahaya titik kuantum. Dengan mencorak filem titik kuantum dengan kaedah pemindahan, Samsung Electronics telah menghasilkan prototaip peranti paparan QLED matriks aktif penuh warna 4 inci. Penyelidik Samsung mula-mula menggunakan penyelesaian titik kuantum pada plat silikon, kemudian sejat, dan kemudian tekan bahagian yang menonjol ke dalam lapisan titik kuantum. Selepas mengeluarkan lapisan permukaan, ia dipindahkan ke substrat kaca atau substrat plastik. Proses ini merealisasikan titik kuantum ke substrat. Pemindahan. Penyelidiknya berkata bahawa substrat kaca atau substrat plastik fleksibel telah digunakan untuk mencapai pengeluaran prototaip paparan.
Sejak 2013, teknologi paparan titik kuantum telah digunakan pada panel paparan kristal cecair (LCD). Filem titik kuantum dipasang di antara modul lampu latar dan sel kristal cecair dan digunakan pada TV gamut warna tinggi dan komputer tablet untuk mencapai julat warna yang lebih luas. Domain dan penggunaan kuasa yang lebih rendah.
Sony melancarkan model TV LCD mewah yang menggunakan teknologi titik kuantum dalam lampu latar pada Jun 2013; Amazon juga melancarkan komputer tablet yang menggunakan titik kuantum dalam lampu latar LCD pada Oktober 2013.
2.2 Memaparkan ciri-ciri titik kuantum
1. Ketulenan warna yang tinggi, puncak spektrum pelepasan sempit dan pengedaran simetri;
2. Spektrum pelepasan boleh laras, dan panjang gelombang pelepasan boleh diubah dengan mengawal saiz dan bahan titik kuantum, dengan itu mengawal warna pemancar cahaya;
3. Prestasi warna yang baik, meliputi gamut warna lebih besar daripada 100% NTSC;
4. Kecekapan bercahaya adalah tinggi, kecekapan kuantum adalah setinggi 90%, dan kestabilan cahaya adalah baik;
5. Ia berpotensi untuk merealisasikan piksel peringkat nano, yang boleh digunakan untuk mengeluarkan skrin resolusi ultra tinggi.
