Mis on kvantpunktekraan (QLED)?

Mis on kvantpunktid?

1.1 Kontseptsioon

Kvantpunktid on pooljuhtide nanostruktuurid, mis seovad eksitoneid kolmes ruumilises suunas. Kvantpunktid on oluline madala mõõtmega pooljuhtmaterjal ja nende kolm mõõdet ei ületa vastava pooljuhtmaterjali eksitoni Bohri raadiust (1–10 nm) rohkem kui kaks korda.

Kvantpunktid on üldiselt sfäärilised või kvaasisfäärilised ja nende läbimõõt on sageli vahemikus 2–20 nm, samas kui meie juuste läbimõõt on umbes 100 000 nm (100 μm).

1.2 Omadused

Kvantpunktid on nanotasemel pooljuhid. Rakendades sellele nanopooljuhtmaterjalile teatud elektrivälja või valgussurvet, kiirgavad nad kindla sagedusega valgust ja kiirgava valguse sagedus muutub koos selle pooljuhi suurusega. Seetõttu saab selle nano-pooljuhi suurust reguleerides juhtida kiiratava valguse värvi. Kuna sellel nanopooljuhil on elektronide ja elektronide aukude piiramise omadus (Elektron hole), on see omadus sarnane looduses leiduvatele aatomitele või molekulidele. , Nii nimetatakse kvantpunktideks.

Kvantpunktid on pooljuhtide nanokristallid. Kui nende osakeste suurus on väiksem kui eksitoni Bohri raadius, on elektronide keskmine vaba tee piiratud väikese vahemikuga ja aukudega eksitonipaare on lihtne moodustada. Elektronide ja aukude lainefunktsioonid kattuvad, mille tulemuseks on eksitoni neeldumisriba. Mida väiksem on kvantpunkti suurus, seda suurem on eksitonite moodustumise tõenäosus ja seda suurem on eksitonite kontsentratsioon. Seda efekti nimetatakse kvantpiirangu efektiks. Kvantpunktide kvantpiiranguefekt muudab selle optilise jõudluse tavapärastest pooljuhtmaterjalidest erinevaks. Selle energiariba struktuur moodustab teatud eksitoni energiatasemed juhtivusriba põhja lähedal, mille tulemuseks on eksitoni neeldumisribad ja eksitonite rekombinatsioon tekitab fluorestsentskiirgust. Kvantpunktide suurus on erinev, elektronide ja aukude kvantpiirde määr on erinev ning erinevad on ka nende diskreetsed energiataseme struktuurid.

Kui osakeste suurus väheneb, suureneb elektronide ja aukude suletusaste, mille tulemuseks on nende kahe kineetilise energia suurenemine, st kvantpiirangu energia suurenemine ja kvantpunkti efektiivne ribalaius suureneb ja vastavad neeldumis- ja emissioonispektrid tekivad Sinine nihe ja mida väiksem on suurus, seda suurem on sinine nihe. Seetõttu saab kvantpunktide suurust reguleerides reguleerida kvantpunktide emissioonispektrit.

Kvantpunkti energiatase jaguneb kvantpiirangu efekti tõttu ja pooljuhtide ribalaius suureneb nanokristalli suuruse vähenedes.

Kvantpunktide peamised omadused

1.3 Ettevalmistus

1.3.1 Materjalid

Tavalised kvantpunktid koosnevad IV, II-VI, IV-VI või III-V elementidest. Konkreetsed näited on räni kvantpunktid, germaaniumi kvantpunktid, kaadmiumsulfiidi kvantpunktid, kaadmiumseleniidi kvantpunktid, kaadmiumtelluriidi kvantpunktid, tsinkseleniid-kvantpunktid, plii-sulfiid-kvantpunktid, plii-sulfiid-kvantpunktid, plii-sulfiid-kvant-dotsendium-dotsendium-dotsendium täpid jne.

Praegu kasutatavad kvantpunktmaterjalid hõlmavad peamiselt kaadmiumseleniidi (CdSe) ja indiumfosfiidi (InP) seeriaid. Esimest kasutab peamiselt QD Vision, teist kasutab peamiselt Nanoco ja Nanosys kasutab indiumfosfiidi ja kaadmiumi hübriidseid kvantpunkte. plaan. Kahte tüüpi kvantpunktidel on oma eelised ja puudused. Kaadmiumseleniid on parem kui kõrge valgustõhusus ja laiem värvigamma. Indiumfosfiid ei sisalda kaadmiumi ja seda ei piira EL ROHS-standard.

1.3.2 Ettevalmistusmeetod

Kvantpunktide tootmismeetodid võib laias laastus jagada kolme kategooriasse: keemilise lahuse kasvumeetod, epitaksiaalne kasvumeetod ja elektrivälja piiramise meetod. Need kolm tootmismeetodi tüüpi vastavad ka kolmele erinevat tüüpi kvantpunktidele.

Keemilise lahuse kasv

1993. aastal sünteesis Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi professori Bawendi juhitud uurimisrühm esimest korda orgaanilises lahuses ühtlase suurusega kvantpunkte. Nad lahustasid kolm hapniku elementi (väävel, seleen ja telluur) tri-n-oktüülfosfiinoksiidis ja reageerisid seejärel dimetüülkaadmiumiga orgaanilises lahuses temperatuuril 200–300 kraadi Celsiuse järgi, et saada vastav kvantpunktmaterjal (kaadmiumsulfiid). , kaadmiumseleniid, kaadmiumtelluriid). Pärast seda leiutasid inimesed selle meetodi põhjal palju meetodeid kolloidsete kvantpunktide sünteesimiseks. Enamikku pooljuhtmaterjale saab sünteesida keemiliste lahuste kasvatamise meetoditega, et saada vastavaid kvantpunkte.

Kolloidsete kvantpunktide eelisteks on madalad tootmiskulud, suur saagis ja kõrge valgusefektiivsus (eriti nähtavatel ja ultraviolettribadel). Kuid puuduseks on äärmiselt madal juhtivus. Kuna tootmisprotsessi käigus tekivad kvantpunktide pinnal orgaanilised ligandid, nihutatakse van der Waalsi külgetõmmet kvantpunktide vahel, et säilitada selle stabiilsus lahuses. Kuid see orgaaniliste ligandide kiht takistab oluliselt laengute ülekandmist kvantpunktide vahel. See vähendab oluliselt nanokristallide kasutamist päikesepatareides ja muudes komponentides. Teadlased on proovinud erinevaid meetodeid selle materjali elektrilaengute juhtivuse suurendamiseks. Esinduslikult asendas 2003. aastal Chicago ülikooli professor Guyot-Sionnest algsed pika ahelaga orgaanilised ligandid lühema ahelaga aminoühenditega, ahendas kvantpunktide vahekaugust ja süstis elektrokeemiliste meetoditega kvantpunktidesse suure hulga elektrone. Sees suurendatakse juhtivust 0,01S/cm.

Epitaksiaalne kasv

Epitaksiaalne kasvumeetod viitab uute kristallide kasvatamisele substraadi materjalil. Kui kristallid on piisavalt väikesed, tekivad kvantpunktid. Vastavalt erinevale kasvumehhanismile võib selle meetodi jagada keemiliseks aur-sadeseks ja molekulaarkiirega epitaksiks.

Selle meetodiga kasvatatud kvantpunktid kasvavad teist tüüpi pooljuhtidel ja neid on lihtne kombineerida traditsiooniliste pooljuhtseadmetega. Lisaks, kuna puuduvad orgaanilised ligandid, on epitaksiaalsete kvantpunktide laengu ülekande efektiivsus kõrgem kui kolloidsete kvantpunktide oma ning energiataset on lihtsam kontrollida kui kolloidsete kvantpunktide puhul. Samal ajal on selle eeliseks ka vähem pinnadefekte. Kuna aga nii keemiline aurustamine-sadestamine kui ka molekulaarkiire epitaksia nõuavad kõrgvaakumit või ülikõrget vaakumit, on epitaksiaalsete kvantpunktide maksumus kõrgem kui kolloidsete kvantpunktide oma.

Elektrivälja piiramise meetod

Elektrivälja piiramise meetod viitab metallelektroodi elektripotentsiaali täielikule kasutamisele pooljuhi energiataseme moonutamiseks, et tekitada kandjatele piirang. Kuna kvantpunktide nõutav suurus on nanomeetri tasemel, tuleb metallelektrood valmistada elektronkiirega kokkupuutel. Maksumus on kõrgeim ja saagikus madalaim. Selle meetodi abil toodetud kvantpunktid saavad aga juhtida oma energiataset, kandjate arvu ja pöörlemist lihtsalt paisu pinget reguleerides. Tänu ülikõrgele juhitavusele sobivad sellised kvantpunktid kõige paremini ka kvantarvutuseks.

1.4 Kvantpunktide kasutusalad

02

Kvantpunktiekraani rakendamine

2.1 Ajalugu

1970. aastate alguses sai tänu pooljuhtide epitaksiaalse kasvu tehnoloogia arengule võimalikuks nanostruktuuride valmistamine. Esiteks sünteesiti ja uuriti põhjalikult õhukesekihilisi kahemõõtmelisi nanostruktuure, mida nimetatakse Quantum Wellsiks (QW). See nano-õhukese kihi struktuur on moodustatud kahe erineva pooljuhtmaterjali paigutusest. Elektronid ja augud on ümbritsetud õhukese, mõne nanomeetri paksuse kihiga, millel on ilmne sulgemisefekt. Kompositsiooni suhte reguleerimisega saab muuta kvantkaevu ribalaiust.

2011. aastal tootis Samsung Electronics kvantpunktvalgusdioode, kasutades kvantpunktvalgust kiirgava kihi elektronide ja aukude transpordikihtidena vastavalt orgaanilisi ja anorgaanilisi kihte. Kvantpunktkile mustri abil edastusmeetodil on Samsung Electronics tootnud 4-tollise täisvärvilise aktiivmaatriksiga QLED kuvaseadme prototüübi. Samsungi teadlased kannavad esmalt kvantpunktilahuse räniplaadile, seejärel aurustavad ja seejärel suruvad väljaulatuv osa kvantpunktikihiks. Pärast pinnakihi eemaldamist kantakse see üle klaas- või plastsubstraadile. See protsess realiseerib substraadi kvantpunkti. Ülekanne. Selle teadlased ütlesid, et kuvari prototüüpide tootmiseks on kasutatud klaaspinda või painduvaid plastaluseid.

Alates 2013. aastast on vedelkristallkuvari (LCD) paneelidele rakendatud kvantpunktekraani tehnoloogiat. Taustvalgustuse mooduli ja vedelkristallelemendi vahele monteeritakse kvantpunktkile ning kantakse laiema värvivaliku saavutamiseks suure värvigammaga teleritele ja tahvelarvutitele. Domeen ja väiksem energiatarve.

Sony tõi 2013. aasta juunis turule tipptasemel LCD-teleri mudeli, mis kasutab taustvalgustuses kvantpunktitehnoloogiat; Amazon tõi 2013. aasta oktoobris turule ka tahvelarvuti, mis kasutab LCD taustvalgustuses kvantpunkte.

2.2 Kvantpunktide kuvamise omadused

1. kõrge värvipuhtus, kitsas emissioonispektri tipp ja sümmeetriline jaotus;

2. Emissioonispekter on reguleeritav ja emissiooni lainepikkust saab muuta kvantpunktide suuruse ja materjali juhtimisega, kontrollides seeläbi valgust kiirgavat värvi;

3. hea värvijõudlus, mis hõlmab üle 100% NTSC värvigamma;

4. Valgusefektiivsus on kõrge, kvantefektiivsus on kuni 90% ja valguse stabiilsus on hea;

5. Sellel on potentsiaal realiseerida nanotasemel piksleid, mida saab kasutada ülikõrge eraldusvõimega ekraanide valmistamiseks.