Hva er en quantum dot display (QLED)?
Dec 09, 2021
Hva er kvanteprikker?
1.1 Konsept
Kvanteprikker er halvledernanostrukturer som binder eksitoner i tre romlige retninger. Kvanteprikker er et viktig lavdimensjonalt halvledermateriale, og deres tre dimensjoner er ikke mer enn to ganger eksiton Bohr-radius (1-10nm) til det tilsvarende halvledermaterialet.
Kvanteprikker er generelt sfæriske eller kvasi-sfæriske, og deres diameter er ofte mellom 2-20 nm, mens diameteren på håret vårt er omtrent 100 000 nm (100 μm).
1.2 Funksjoner
Kvanteprikker er halvledere på nanonivå. Ved å påføre et visst elektrisk felt eller lett trykk på dette nano-halvledermaterialet, vil de sende ut lys med en bestemt frekvens, og frekvensen til det utsendte lyset vil endre seg med størrelsen på denne halvlederen. Derfor, ved å justere størrelsen på denne nano-halvlederen, kan fargen på lyset som sendes ut kontrolleres. Fordi denne nano-halvlederen har egenskapen å begrense elektroner og elektronhull (elektronhull), ligner denne egenskapen på atomer eller molekyler i naturen. , Altså kalt kvanteprikker.
Kvanteprikker er halvleder nanokrystaller. Når partikkelstørrelsen deres er mindre enn Bohr-radiusen til eksitonen, er den gjennomsnittlige frie banen til elektroner begrenset til et lite område, og det er lett å danne eksitonpar med hull. Bølgefunksjonene til elektroner og hull overlapper hverandre, noe som resulterer i et eksitonabsorpsjonsbånd. Jo mindre størrelsen på kvanteprikken er, jo større er sannsynligheten for å danne eksitoner og jo høyere konsentrasjon av eksitoner. Denne effekten kalles kvante innesperringseffekt. Kvantebegrensningseffekten til kvanteprikker gjør dens optiske ytelse forskjellig fra konvensjonelle halvledermaterialer. Dens energibåndstruktur danner noen eksitonenerginivåer nær bunnen av ledningsbåndet, noe som resulterer i eksitonabsorpsjonsbånd, og rekombinasjonen av eksitoner vil produsere fluorescensstråling. Størrelsen på kvanteprikker er forskjellig, graden som elektroner og hull er kvantebegrenset er forskjellig, og deres diskrete energinivåstrukturer er også forskjellige.
Når partikkelstørrelsen minker, øker inneslutningsgraden av elektroner og hull, noe som fører til en økning i den kinetiske energien til de to, det vil si en økning i kvante innesperringsenergien, og det effektive båndgapet til kvanteprikken utvides, og de tilsvarende absorpsjons- og emisjonsspektrene forekommer Blue shift, og jo mindre størrelsen er, jo større blå shift. Derfor, ved å justere størrelsen på kvanteprikkene, kan emisjonsspekteret til kvanteprikkene justeres.
Energinivået til kvanteprikken deles på grunn av kvante innesperringseffekten, og halvlederbåndgapet øker når størrelsen på nanokrystallen minker.
De viktigste egenskapene til kvanteprikker
1.3 Forberedelse
1.3.1 Materialer
Vanlige kvanteprikker er sammensatt av IV, II-VI, IV-VI eller III-V elementer. Spesifikke eksempler er silisiumkvanteprikker, germaniumkvanteprikker, kadmiumsulfidkvanteprikker, kadmiumselenidkvanteprikker, kadmiumtelluridkvanteprikker, sinkselenidkvanteprikker, blysulfidkvanteprikker, doqualen-doquan-dots, doquan-doquan-dots og doquanphon. prikker osv.
For tiden brukte kvantepunktmaterialer inkluderer hovedsakelig kadmiumselenid (CdSe)-serien og indiumfosfid-serien (InP). Førstnevnte brukes hovedsakelig av QD Vision, sistnevnte brukes hovedsakelig av Nanoco, og Nanosys bruker indiumfosfid og kadmiumhybridkvanteprikker. plan. To typer kvanteprikker har sine egne fordeler og ulemper. Kadmiumselenid er bedre enn høy lyseffektivitet og bredere fargespekter. Indiumfosfid inneholder ikke kadmium og er ikke begrenset av EUs ROHS-standard.
1.3.2 Tilberedningsmetode
Produksjonsmetodene for kvanteprikker kan grovt deles inn i tre kategorier: kjemisk løsningsvekstmetode, epitaksial vekstmetode og elektrisk feltbegrensningsmetode. Disse tre typene produksjonsmetoder tilsvarer også tre forskjellige typer kvanteprikker.
Kjemisk løsningsvekst
I 1993 syntetiserte et forskerteam ledet av professor Bawendi fra Massachusetts Institute of Technology kvanteprikker med jevn størrelse i en organisk løsning for første gang. De løste opp tre oksygenelementer (svovel, selen og tellur) i tri-n-oktylfosfinoksid, og reagerte deretter med dimetylkadmium i en organisk løsning ved 200 til 300 grader Celsius for å produsere det tilsvarende kvantepunktmaterialet (kadmiumsulfid). , kadmiumselenid, kadmiumtellurid). Etter det oppfant folk mange metoder for å syntetisere kolloidale kvanteprikker på grunnlag av denne metoden. De fleste halvledermaterialer kan syntetiseres ved hjelp av kjemiske løsningsvekstmetoder for å produsere tilsvarende kvanteprikker.
Kolloidale kvanteprikker har fordelene med lave produksjonskostnader, høyt utbytte og høy lyseffektivitet (spesielt i de synlige og ultrafiolette båndene). Men ulempen er at ledningsevnen er ekstremt lav. Siden organiske ligander genereres på overflaten av kvanteprikkene under produksjonsprosessen, blir van der Waals-attraksjonen mellom kvanteprikkene forskjøvet for å opprettholde stabiliteten i løsningen. Men dette laget av organiske ligander hindrer i stor grad overføringen av ladninger mellom kvanteprikker. Dette reduserer bruken av nanokrystaller i solceller og andre komponenter betraktelig. Forskere har prøvd forskjellige metoder for å øke ledningsevnen til elektriske ladninger i dette materialet. Representativt, i 2003, erstattet professor Guyot-Sionnest ved University of Chicago de originale langkjedede organiske ligander med kortkjedede aminoforbindelser, reduserte kvantepunktavstanden og injiserte et stort antall elektroner i kvanteprikkene ved hjelp av elektrokjemiske metoder. Innvendig økes ledningsevnen til 0,01S/cm.
Epitaksial vekst
Den epitaksiale vekstmetoden refererer til veksten av nye krystaller på et substratmateriale. Hvis krystallene er små nok, vil det dannes kvanteprikker. I henhold til de forskjellige vekstmekanismene kan denne metoden deles inn i kjemisk dampavsetning og molekylær stråleepitaksi.
Kvanteprikkene som vokser med denne metoden vokser på en annen type halvleder og kan enkelt kombineres med tradisjonelle halvlederenheter. I tillegg, fordi det ikke er noen organiske ligander, er ladningsoverføringseffektiviteten til epitaksiale kvanteprikker høyere enn for kolloidale kvanteprikker, og energinivået er lettere å kontrollere enn kolloidale kvanteprikker. Samtidig har den også fordelene med færre overflatefeil. Siden både kjemisk dampavsetning og molekylær stråleepitaksi krever høyt vakuum eller ultrahøyt vakuum, er kostnadene for epitaksiale kvanteprikker høyere enn for kolloidale kvanteprikker.
Elektrisk feltbegrensningsmetode
Den elektriske feltbegrensningsmetoden refererer til full bruk av det elektriske potensialet til metallelektroden for å forvrenge energinivået i halvlederen for å danne en begrensning på bærerne. Siden den nødvendige størrelsen på kvanteprikker er på nanometernivå, må metallelektroden fremstilles ved elektronstråleeksponering. Kostnaden er høyest og avkastningen er lavest. Imidlertid kan kvanteprikkene som produseres ved denne metoden kontrollere energinivået, antall bærere og spinn ved å justere portspenningen. På grunn av den ekstremt høye kontrollerbarheten er slike kvanteprikker også mest egnet for kvanteberegning.
1.4 Bruk av kvanteprikker
02
Anvendelse av kvantepunktvisning
2.1 Historie
På begynnelsen av 1970-tallet, på grunn av utviklingen av halvlederepitaksial vekstteknologi, ble utarbeidelsen av nanostrukturer mulig. Først av alt ble tynnsjikts todimensjonale nanostrukturer kalt Quantum Wells (QW) syntetisert og studert omfattende. Denne nanotynne lagstrukturen er dannet av arrangementet av to forskjellige halvledermaterialer. Elektronene og hullene er innesperret i et tynt lag på noen få nanometer tykt, noe som har åpenbar inneslutningseffekt. Ved å justere sammensetningsforholdet kan båndgapet til kvantebrønnen endres.
I 2011 produserte Samsung Electronics kvantepunkt-lysemitterende dioder ved å bruke organiske og uorganiske lag som henholdsvis elektron- og hulltransportlagene til kvantepunkt-lysemitterende laget. Ved å mønstre kvantepunktfilmen ved hjelp av overføringsmetoden, har Samsung Electronics produsert en 4-tommers fullfarge aktiv matrise QLED-displayenhetsprototype. Samsung-forskere påfører først kvantepunktløsningen på en silisiumplate, fordamper deretter og trykker deretter den utstikkende delen inn i et kvantepunktlag. Etter fjerning av overflatelaget overføres det til et glasssubstrat eller et plastsubstrat. Denne prosessen realiserer kvanteprikken til underlaget. Overføre. Forskerne sa at glasssubstrater eller fleksible plastsubstrater har blitt brukt for å oppnå produksjon av skjermprototyper.
Siden 2013 har quantum dot display-teknologi blitt brukt på LCD-paneler (liquid crystal display). En kvantepunktfilm er satt sammen mellom bakgrunnsbelysningsmodulen og flytende krystallcellen og påført TV-er med høy fargeskala og nettbrett for å oppnå et bredere spekter av farger. Domene og lavere strømforbruk.
Sony lanserte en high-end LCD TV-modell som bruker kvantepunktteknologi i bakgrunnsbelysningen i juni 2013; Amazon lanserte også en nettbrett som bruker kvanteprikker i LCD-bakgrunnsbelysningen i oktober 2013.
2.2 Visningsegenskaper for kvanteprikker
1. Høy fargerenhet, smalt emisjonsspektrum og symmetrisk fordeling;
2. Emisjonsspekteret er justerbart, og emisjonsbølgelengden kan endres ved å kontrollere størrelsen og materialet til kvanteprikkene, og dermed kontrollere den lysemitterende fargen;
3. God fargeytelse, som dekker fargeskala større enn 100 % NTSC;
4. Lyseffektiviteten er høy, kvanteeffektiviteten er så høy som 90%, og lysstabiliteten er god;
5. Den har potensial til å realisere piksler på nanonivå, som kan brukes til å produsere skjermer med ultrahøy oppløsning.
