Apa yang dimaksud dengan tampilan titik kuantum (QLED)?
Dec 09, 2021
Apa itu titik kuantum?
1.1 Konsep
Titik kuantum adalah struktur nano semikonduktor yang mengikat rangsangan dalam tiga arah spasial. Titik kuantum adalah bahan semikonduktor dimensi rendah yang penting, dan tiga dimensinya tidak lebih dari dua kali radius eksiton Bohr (1-10nm) dari bahan semikonduktor yang sesuai.
Titik kuantum umumnya bulat atau kuasi-bola, dan diameternya sering antara 2-20 nm, sedangkan diameter rambut kita sekitar 100.000 nm (100 m).
1.2 Fitur
Titik kuantum adalah semikonduktor tingkat nano. Dengan menerapkan medan listrik atau tekanan cahaya tertentu pada bahan semikonduktor nano ini, mereka akan memancarkan cahaya dengan frekuensi tertentu, dan frekuensi cahaya yang dipancarkan akan berubah dengan ukuran semikonduktor ini. Oleh karena itu, dengan menyesuaikan ukuran nano-semikonduktor ini, warna cahaya yang dipancarkan dapat dikontrol. Karena nano-semikonduktor ini memiliki sifat membatasi elektron dan lubang elektron (Electron hole), sifat ini mirip dengan atom atau molekul di alam. , Jadi disebut titik kuantum.
Titik kuantum adalah nanokristal semikonduktor. Ketika ukuran partikelnya lebih kecil dari jari-jari eksiton Bohr, jalur bebas rata-rata elektron terbatas pada kisaran kecil, dan mudah untuk membentuk pasangan eksiton dengan lubang. Fungsi gelombang elektron dan hole saling tumpang tindih, menghasilkan pita serapan eksiton. Semakin kecil ukuran quantum dot, semakin besar kemungkinan terbentuknya eksiton dan semakin tinggi konsentrasi eksiton. Efek ini disebut efek kurungan kuantum. Efek kurungan kuantum dari titik-titik kuantum membuat kinerja optiknya berbeda dari bahan semikonduktor konvensional. Struktur pita energinya membentuk beberapa tingkat energi eksiton di dekat bagian bawah pita konduksi, menghasilkan pita absorpsi eksiton, dan rekombinasi eksiton akan menghasilkan radiasi fluoresensi. Ukuran titik-titik kuantum berbeda, sejauh mana elektron dan lubang dibatasi kuantum berbeda, dan struktur tingkat energi diskritnya juga berbeda.
Ketika ukuran partikel berkurang, derajat kurungan elektron dan lubang meningkat, yang mengarah pada peningkatan energi kinetik dari keduanya, yaitu, peningkatan energi kurungan kuantum, dan celah pita efektif dari titik kuantum melebar, dan spektrum penyerapan dan emisi yang sesuai terjadi pergeseran Biru, dan semakin kecil ukurannya, semakin besar pergeseran biru. Oleh karena itu, dengan menyesuaikan ukuran titik-titik kuantum, spektrum emisi titik-titik kuantum dapat disesuaikan.
Tingkat energi titik kuantum terpecah karena efek kurungan kuantum, dan celah pita semikonduktor meningkat seiring dengan penurunan ukuran kristal nano.
Sifat utama titik kuantum
1.3 Persiapan
1.3.1 Bahan
Titik kuantum umum terdiri dari elemen IV, II-VI, IV-VI atau III-V. Contoh spesifiknya adalah titik kuantum silikon, titik kuantum germanium, titik kuantum kadmium sulfida, titik kuantum selenida kadmium, titik kuantum telluride kadmium, titik kuantum selenida seng, titik kuantum timbal sulfida, titik kuantum selenida timbal, titik kuantum indium fosfida, dan kuantum indium arsenida titik, dll.
Bahan quantum dot yang saat ini digunakan terutama meliputi seri cadmium selenide (CdSe) dan seri indium phosphide (InP). Yang pertama terutama digunakan oleh QD Vision, yang terakhir terutama digunakan oleh Nanoco, dan Nanosys menggunakan titik-titik kuantum hibrida indium phosphide dan kadmium. rencana. Dua jenis titik kuantum memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Cadmium selenide lebih baik daripada efisiensi bercahaya tinggi dan gamut warna yang lebih luas. Indium phosphide tidak mengandung kadmium dan tidak dibatasi oleh standar EU ROHS.
1.3.2 Metode persiapan
Metode pembuatan titik-titik kuantum secara kasar dapat dibagi menjadi tiga kategori: metode pertumbuhan larutan kimia, metode pertumbuhan epitaxial, dan metode kurungan medan listrik. Ketiga jenis metode pembuatan ini juga sesuai dengan tiga jenis titik kuantum yang berbeda.
Pertumbuhan larutan kimia
Pada tahun 1993, sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor Bawendi dari Massachusetts Institute of Technology mensintesis titik-titik kuantum dengan ukuran seragam dalam larutan organik untuk pertama kalinya. Mereka melarutkan tiga elemen oksigen (sulfur, selenium, dan telurium) dalam tri-n-oktil fosfin oksida, dan kemudian bereaksi dengan dimetil kadmium dalam larutan organik pada 200 hingga 300 derajat Celcius untuk menghasilkan bahan titik kuantum yang sesuai (kadmium sulfida). , Cadmium selenide, cadmium telluride). Setelah itu, orang menemukan banyak metode untuk mensintesis titik-titik kuantum koloid berdasarkan metode ini. Sebagian besar bahan semikonduktor dapat disintesis dengan metode pertumbuhan larutan kimia untuk menghasilkan titik kuantum yang sesuai.
Titik kuantum koloid memiliki keunggulan biaya produksi yang rendah, hasil yang tinggi, dan efisiensi cahaya yang tinggi (terutama pada pita sinar tampak dan ultraviolet). Tetapi kerugiannya adalah konduktivitasnya sangat rendah. Karena ligan organik dihasilkan pada permukaan titik-titik kuantum selama proses produksi, gaya tarik van der Waals antara titik-titik kuantum diimbangi untuk menjaga stabilitasnya dalam larutan. Tetapi lapisan ligan organik ini sangat menghambat transfer muatan antara titik-titik kuantum. Ini sangat mengurangi penerapan nanocrystals dalam sel surya dan komponen lainnya. Para ilmuwan telah mencoba berbagai metode untuk meningkatkan konduktivitas muatan listrik dalam bahan ini. Secara representatif, pada tahun 2003, Profesor Guyot-Sionnest dari Universitas Chicago menggantikan ligan organik rantai panjang asli dengan senyawa amino rantai pendek, mempersempit jarak titik kuantum, dan menyuntikkan sejumlah besar elektron ke titik kuantum dengan metode elektrokimia. Di dalam, konduktivitas meningkat menjadi 0,01S/cm.
Pertumbuhan epitaksial
Metode pertumbuhan epitaxial mengacu pada pertumbuhan kristal baru pada bahan substrat. Jika kristal cukup kecil, titik-titik kuantum akan terbentuk. Menurut mekanisme pertumbuhan yang berbeda, metode ini dapat dibagi lagi menjadi deposisi uap kimia dan epitaksi berkas molekul.
Titik-titik kuantum yang tumbuh dengan metode ini tumbuh pada jenis semikonduktor lain dan mudah digabungkan dengan perangkat semikonduktor tradisional. Selain itu, karena tidak ada ligan organik, efisiensi transfer muatan titik-titik kuantum epitaksial lebih tinggi daripada titik-titik kuantum koloid, dan tingkat energi lebih mudah dikendalikan daripada titik-titik kuantum koloid. Pada saat yang sama, ia juga memiliki keuntungan dari cacat permukaan yang lebih sedikit. Namun, karena deposisi uap kimia dan epitaksi berkas molekul memerlukan vakum tinggi atau vakum ultra-tinggi, biaya titik kuantum epitaksial lebih tinggi daripada titik kuantum koloid.
Metode kurungan medan listrik
Metode kurungan medan listrik mengacu pada penggunaan penuh potensi listrik dari elektroda logam untuk mendistorsi tingkat energi dalam semikonduktor untuk membentuk kendala pada pembawa. Karena ukuran titik-titik kuantum yang diperlukan berada pada tingkat nanometer, elektroda logam perlu dibuat dengan paparan berkas elektron. Biaya adalah yang tertinggi dan hasil yang terendah. Namun, titik-titik kuantum yang dihasilkan oleh metode ini dapat mengontrol tingkat energi, jumlah pembawa, dan putarannya hanya dengan menyesuaikan tegangan gerbang. Karena kemampuan kontrol yang sangat tinggi, titik-titik kuantum seperti itu juga paling cocok untuk komputasi kuantum.
1.4 Penggunaan titik-titik kuantum
02
Penerapan tampilan titik kuantum
2.1 Sejarah
Pada awal 1970-an, karena perkembangan teknologi pertumbuhan epitaksi semikonduktor, persiapan struktur nano menjadi mungkin. Pertama-tama, struktur nano dua dimensi lapisan tipis yang disebut Quantum Wells (QW) disintesis dan dipelajari secara ekstensif. Struktur lapisan nano-tipis ini dibentuk oleh susunan dua bahan semikonduktor yang berbeda. Elektron dan lubang terkurung dalam lapisan tipis setebal beberapa nanometer, yang memiliki efek kurungan yang jelas. Dengan menyesuaikan rasio komposisi, celah pita sumur kuantum dapat diubah.
Pada tahun 2011, Samsung Electronics memproduksi dioda pemancar cahaya quantum dot menggunakan lapisan organik dan anorganik sebagai lapisan transpor elektron dan lubang dari lapisan pemancar cahaya quantum dot. Dengan membuat pola film quantum dot dengan metode transfer, Samsung Electronics telah menghasilkan prototipe perangkat layar QLED matriks aktif 4 inci penuh warna. Peneliti Samsung terlebih dahulu menerapkan solusi quantum dot pada pelat silikon, lalu menguap, lalu menekan bagian yang menonjol ke dalam lapisan quantum dot. Setelah menghilangkan lapisan permukaan, itu dipindahkan ke substrat kaca atau substrat plastik. Proses ini mewujudkan titik kuantum ke substrat. Transfer. Para penelitinya mengatakan bahwa substrat kaca atau substrat plastik fleksibel telah digunakan untuk mencapai produksi prototipe tampilan.
Sejak tahun 2013, teknologi quantum dot display telah diterapkan pada panel liquid crystal display (LCD). Film quantum dot dirakit antara modul lampu latar dan sel kristal cair dan diterapkan ke TV gamut warna tinggi dan komputer tablet untuk mencapai rentang warna yang lebih luas. Domain dan konsumsi daya yang lebih rendah.
Sony meluncurkan model TV LCD kelas atas yang menggunakan teknologi quantum dot di lampu latar pada Juni 2013; Amazon juga meluncurkan komputer tablet yang menggunakan titik-titik kuantum di lampu latar LCD pada Oktober 2013.
2.2 Menampilkan karakteristik titik kuantum
1. Kemurnian warna tinggi, puncak spektrum emisi sempit dan distribusi simetris;
2. Spektrum emisi dapat disesuaikan, dan panjang gelombang emisi dapat diubah dengan mengontrol ukuran dan bahan titik-titik kuantum, sehingga mengontrol warna pemancar cahaya;
3. Performa warna yang baik, mencakup gamut warna lebih besar dari 100% NTSC;
4. Efisiensi bercahaya tinggi, efisiensi kuantum setinggi 90%, dan stabilitas cahayanya bagus;
5. Ini memiliki potensi untuk mewujudkan piksel tingkat nano, yang dapat digunakan untuk memproduksi layar beresolusi sangat tinggi.
