Hvad er en quantum dot display (QLED)?
Dec 09, 2021
Hvad er kvanteprikker?
1.1 Koncept
Kvanteprikker er halvledernanostrukturer, der binder excitoner i tre rumlige retninger. Kvanteprikker er et vigtigt lavdimensionelt halvledermateriale, og deres tre dimensioner er ikke mere end det dobbelte af exciton Bohr-radius (1-10nm) af det tilsvarende halvledermateriale.
Kvanteprikker er generelt sfæriske eller kvasi-sfæriske, og deres diameter er ofte mellem 2-20 nm, mens diameteren på vores hår er omkring 100.000 nm (100 μm).
1.2 Funktioner
Kvanteprikker er halvledere på nanoniveau. Ved at påføre et bestemt elektrisk felt eller let tryk på dette nano-halvledermateriale, vil de udsende lys med en bestemt frekvens, og frekvensen af det udsendte lys vil ændre sig med størrelsen af denne halvleder. Derfor kan farven på det udsendte lys kontrolleres ved at justere størrelsen af denne nano-halvleder. Fordi denne nano-halvleder har karakteristikken til at begrænse elektroner og elektronhuller (elektronhul), ligner denne egenskab atomer eller molekyler i naturen. , Således kaldet kvanteprikker.
Kvanteprikker er halvleder nanokrystaller. Når deres partikelstørrelse er mindre end excitonens Bohr-radius, er den gennemsnitlige frie bane for elektroner begrænset til et lille område, og det er let at danne excitonpar med huller. Elektronernes og hullernes bølgefunktioner overlapper hinanden, hvilket resulterer i et excitonabsorptionsbånd. Jo mindre størrelsen af kvanteprikken er, jo større er sandsynligheden for dannelse af excitoner og jo højere koncentration af excitoner. Denne effekt kaldes kvanteindeslutningseffekt. Kvanteprikkernes kvanteindeslutningseffekt gør dens optiske ydeevne anderledes end konventionelle halvledermaterialer. Dens energibåndstruktur danner nogle excitonenerginiveauer nær bunden af ledningsbåndet, hvilket resulterer i excitonabsorptionsbånd, og rekombinationen af excitoner vil producere fluorescensstråling. Størrelsen af kvanteprikker er forskellig, graden i hvilken elektroner og huller er kvantebegrænsede er forskellig, og deres diskrete energiniveaustrukturer er også forskellige.
Efterhånden som partikelstørrelsen falder, øges indeslutningsgraden af elektroner og huller, hvilket fører til en stigning i den kinetiske energi af de to, det vil sige en stigning i kvanteindeslutningsenergien, og kvanteprikkens effektive båndgab udvides, og de tilsvarende absorptions- og emissionsspektre forekommer Blue shift, og jo mindre størrelsen er, desto større blå shift. Derfor kan kvanteprikkernes emissionsspektrum justeres ved at justere størrelsen af kvanteprikkerne.
Kvanteprikkens energiniveau opdeles på grund af kvanteindeslutningseffekten, og halvlederbåndgabet øges, når størrelsen af nanokrystallen falder.
De vigtigste egenskaber ved kvanteprikker
1.3 Forberedelse
1.3.1 Materialer
Almindelige kvanteprikker er sammensat af IV, II-VI, IV-VI eller III-V elementer. Specifikke eksempler er siliciumkvanteprikker, germaniumkvanteprikker, cadmiumsulfidkvanteprikker, cadmiumselenidkvanteprikker, cadmiumtelluridkvanteprikker, zinkselenidkvanteprikker, blysulfidkvanteprikker, indoquandium-kvantumprikker, doquanphosen-kvante- og blysulfidkvanteprikker. prikker osv.
I øjeblikket anvendte kvanteprikmaterialer omfatter hovedsageligt cadmiumselenid (CdSe) serien og indium phosphide (InP) serien. Førstnævnte bruges hovedsageligt af QD Vision, sidstnævnte bruges hovedsageligt af Nanoco, og Nanosys bruger indiumphosphid og cadmiumhybridkvanteprikker. plan. To slags kvanteprikker har deres egne fordele og ulemper. Cadmiumselenid er bedre end høj lyseffektivitet og bredere farveskala. Indiumphosphid indeholder ikke cadmium og er ikke begrænset af EU ROHS-standarden.
1.3.2 Fremstillingsmetode
Fremstillingsmetoderne for kvanteprikker kan groft opdeles i tre kategorier: kemisk opløsningsvækstmetode, epitaksialvækstmetode og elektrisk feltindeslutningsmetode. Disse tre typer fremstillingsmetoder svarer også til tre forskellige typer kvanteprikker.
Kemisk opløsning vækst
I 1993 syntetiserede et forskerhold ledet af professor Bawendi fra Massachusetts Institute of Technology kvanteprikker af ensartet størrelse i en organisk opløsning for første gang. De opløste tre iltelementer (svovl, selen og tellur) i tri-n-octylphosphinoxid og reagerede derefter med dimethylcadmium i en organisk opløsning ved 200 til 300 grader Celsius for at fremstille det tilsvarende kvantepunktmateriale (cadmiumsulfid). cadmiumselenid, cadmiumtellurid). Derefter opfandt folk mange metoder til at syntetisere kolloide kvanteprikker på grundlag af denne metode. De fleste halvledermaterialer kan syntetiseres ved kemiske opløsningsvækstmetoder for at producere tilsvarende kvanteprikker.
Kolloide kvanteprikker har fordelene ved lave produktionsomkostninger, højt udbytte og høj lyseffektivitet (især i de synlige og ultraviolette bånd). Men ulempen er, at ledningsevnen er ekstremt lav. Da organiske ligander genereres på overfladen af kvanteprikkerne under produktionsprocessen, forskydes van der Waals-tiltrækningen mellem kvanteprikkerne for at bevare dens stabilitet i opløsningen. Men dette lag af organiske ligander hindrer i høj grad overførslen af ladninger mellem kvanteprikker. Dette reducerer i høj grad anvendelsen af nanokrystaller i solceller og andre komponenter. Forskere har prøvet forskellige metoder til at øge ledningsevnen af elektriske ladninger i dette materiale. Repræsentativt erstattede professor Guyot-Sionnest fra University of Chicago i 2003 de originale langkædede organiske ligander med kortkædede aminoforbindelser, indsnævrede kvanteprikafstanden og injicerede et stort antal elektroner i kvanteprikkerne ved elektrokemiske metoder. Indvendigt øges ledningsevnen til 0,01S/cm.
Epitaksial vækst
Den epitaksielle vækstmetode refererer til væksten af nye krystaller på et substratmateriale. Hvis krystallerne er små nok, vil der dannes kvanteprikker. Ifølge de forskellige vækstmekanismer kan denne metode opdeles i kemisk dampaflejring og molekylær stråleepitaxi.
Kvanteprikkerne, der dyrkes ved denne metode, vokser på en anden type halvleder og kan nemt kombineres med traditionelle halvlederenheder. Fordi der ikke er nogen organiske ligander, er ladningsoverførselseffektiviteten af epitaksiale kvanteprikker højere end kolloide kvanteprikker, og energiniveauet er lettere at kontrollere end kolloide kvanteprikker. Samtidig har det også fordelene ved færre overfladefejl. Men da både kemisk dampaflejring og molekylær stråleepitaxi kræver højt vakuum eller ultrahøjt vakuum, er omkostningerne ved epitaksiale kvanteprikker højere end for kolloide kvanteprikker.
Metode til indeslutning af elektriske felter
Metoden til indeslutning af elektriske felter refererer til den fulde udnyttelse af metalelektrodens elektriske potentiale til at forvrænge energiniveauet i halvlederen for at danne en begrænsning på bærerne. Da den nødvendige størrelse af kvanteprikker er på nanometerniveau, skal metalelektroden fremstilles ved elektronstråleeksponering. Omkostningerne er de højeste, og udbyttet er det laveste. Imidlertid kan kvanteprikkerne produceret ved denne metode kontrollere deres energiniveau, antal bærere og spin ved blot at justere gatespændingen. På grund af den ekstremt høje kontrollerbarhed er sådanne kvanteprikker også mest velegnede til kvanteberegning.
1.4 Anvendelser af kvanteprikker
02
Anvendelse af quantum dot display
2.1 Historie
I begyndelsen af 1970'erne, på grund af udviklingen af halvlederepitaksial vækstteknologi, blev fremstillingen af nanostrukturer mulig. Først og fremmest blev tyndtlags todimensionelle nanostrukturer kaldet Quantum Wells (QW) syntetiseret og undersøgt grundigt. Denne nano-tynde lagstruktur er dannet ved arrangementet af to forskellige halvledermaterialer. Elektronerne og hullerne er indespærret i et tyndt lag på nogle få nanometer tykt, hvilket har en tydelig indeslutningseffekt. Ved at justere sammensætningsforholdet kan båndgabet i kvantebrønden ændres.
I 2011 producerede Samsung Electronics kvantepunkt-lysemitterende dioder ved hjælp af organiske og uorganiske lag som henholdsvis elektron- og hultransportlag i det kvantepunkt-lysemitterende lag. Ved at mønstre kvanteprikfilmen ved hjælp af overførselsmetoden har Samsung Electronics produceret en 4-tommer fuldfarve aktiv matrix QLED-skærmenhedsprototype. Samsung-forskere påfører først quantum dot-opløsningen på en siliciumplade, fordamper derefter og presser derefter den fremspringende del ind i et quantum dot-lag. Efter fjernelse af overfladelaget overføres det til et glassubstrat eller et plastsubstrat. Denne proces realiserer kvanteprikken til substratet. Overførsel. Dets forskere sagde, at glassubstrater eller fleksible plastsubstrater er blevet brugt til at opnå produktion af displayprototyper.
Siden 2013 er quantum dot display-teknologi blevet anvendt på LCD-paneler (liquid crystal display). En kvanteprikfilm samles mellem baggrundsbelysningsmodulet og den flydende krystalcelle og påføres højfarvede fjernsyn og tablet-computere for at opnå et bredere udvalg af farver. Domæne og lavere strømforbrug.
Sony lancerede en avanceret LCD-tv-model, der bruger kvantepunktteknologi i baggrundsbelysningen i juni 2013; Amazon lancerede også en tablet-computer, der bruger kvanteprikker i LCD-baggrundsbelysningen i oktober 2013.
2.2 Vis karakteristika for kvanteprikker
1. Høj farverenhed, smal emissionsspektrumspids og symmetrisk fordeling;
2. Emissionsspektret er justerbart, og emissionsbølgelængden kan ændres ved at kontrollere størrelsen og materialet af kvanteprikkerne og derved styre den lysemitterende farve;
3. God farveydelse, der dækker farveskala større end 100% NTSC;
4. Lyseffektiviteten er høj, kvanteeffektiviteten er så høj som 90%, og lysstabiliteten er god;
5. Det har potentialet til at realisere pixel på nanoniveau, som kan bruges til at fremstille skærme med ultrahøj opløsning.
