Какво е QD телевизор, къде да търсите „квантови точки“ и защо показват по-добре. Дизайн на квантови точки. Дизайни с квантови точки

LED, LCD, OLED, 4K, UHD... изглежда, че последното нещо, от което телевизионната индустрия се нуждае в момента, е още един технически акроним. Но прогресът не може да бъде спрян, запознайте се с още няколко букви - QD (или Quantum Dot). Нека веднага да отбележа, че терминът "квантови точки" във физиката има по-широко значение, отколкото се изисква за телевизорите. Но в светлината на настоящата мода за всичко нанофизично, търговците на големи корпорации с радост започнаха да прилагат това трудно научна концепция. Затова реших да разбера какъв вид квантови точки са това и защо всеки би искал да си купи QD телевизор.

Първо, малко наука в опростена форма. " Квантова точка" е полупроводник, чиито електрически свойства зависят от неговия размер и форма (wiki). Тя трябва да е толкова малка, че ефектите на квантовите размери да са ясно изразени. И тези ефекти се регулират от размера на точно тази точка, т.е. енергията на излъчен, например, фотон - всъщност цветът - зависи от "размерите", ако тази дума е приложима за такива малки обекти.

На още по-потребителски език, това са малки частици, които ще започнат да светят в определен спектър, ако бъдат осветени. Ако ги нанесете и ги „втриете“. тънък филм, след това го осветете, филмът ще започне да свети ярко. Същността на технологията е, че размерът на тези точки се контролира лесно, което означава постигане на точен цвят.

Всъщност не е толкова важно какво име избират големите корпорации, основното е какво трябва да даде на потребителя. И тук обещанието е съвсем просто - подобрено цветопредаване. За да разберете по-добре как „квантовите точки“ ще осигурят това, трябва да запомните дизайна на LCD дисплея.

Светлина под кристала

LCD телевизор (LCD) се състои от три основни части: бяла подсветка, цветни филтри (разделящи светлината на червена, синя и зелени цветове) и течнокристална матрица. Последният изглежда като мрежа от малки прозорци - пиксели, които от своя страна се състоят от три субпиксела (клетки). Течните кристали, като щори, могат да блокират светлинния поток или, напротив, да се отворят напълно, има и междинни състояния.

Когато бялата светлина, излъчвана от светодиоди (LED), днес вече е трудно да се намери телевизор с луминесцентни лампи, както беше само преди няколко години), преминава например през пиксел, чиито зелени и червени клетки са затворени, тогава виждаме Син цвят. Променя се степента на „участие” на всеки RGB пиксел и така се получава цветно изображение.

Както разбирате, за да се гарантира качеството на цветовете на изображението, са необходими поне две неща: точни цветове на филтъра и правилна бяла подсветка, за предпочитане с широк спектър. Именно с последното светодиодите имат проблем.

Първо, те всъщност не са бели, освен това имат много тесен цветови спектър. Тоест спектърът е широк бялосе постига чрез допълнителни покрития - има няколко технологии, като най-често се използват така наречените фосфорни диоди с добавка на жълто. Но този „квази-бял“ цвят все още не достига идеала. Ако го прекарате през призма (като в час по физика в училище), той няма да се разложи на всички цветове на дъгата с еднакъв интензитет, както се случва с слънчева светлина. Червеното, например, ще изглежда много по-тъмно от зеленото и синьото.

Инженерите разбираемо се опитват да коригират ситуацията и да измислят заобиколни решения. Например, можете да намалите нивата на зелено и синьо в настройките на телевизора, но това ще се отрази на общата яркост - картината ще стане по-бледа. Така че всички производители търсеха източник на бяла светлина, чието разпадане щеше да доведе до равномерен спектър с цветове с еднаква наситеност. Тук на помощ идват квантовите точки.

Квантови точки

Нека ви напомня, че ако говорим за телевизори, тогава „квантовите точки“ са микроскопични кристали, които луминесцират, когато светлината ги удари. Те могат да "горят" в много различни цветове, всичко зависи от размера на точката. И като се има предвид, че сега учените са се научили да контролират размерите им почти идеално, като променят броя на атомите, от които се състоят, е възможно да се получи блясък точно с цвета, който е необходим. Квантовите точки също са много стабилни - те не се променят, което означава, че точка, предназначена да свети в определен нюанс на червено, ще остане този нюанс почти завинаги.

Инженерите излязоха с идеята да използват технологията по следния начин: върху тънък филм се нанася покритие от „квантова точка“, създадено да свети с определен нюанс на червено и зелено. И светодиодът е обикновен син. И тогава някой веднага ще познае: „всичко е ясно - има източник на синьо, а точките ще дадат зелено и червено, което означава, че ще получим същия RGB модел!“ Но не, технологията работи по различен начин.

Трябва да помним, че „квантовите точки“ са разположени на един голям лист и не са разделени на субпиксели, а просто са смесени. Когато син диод свети върху филма, точките излъчват червено и зелено, както беше споменато по-горе, и само когато и трите цвята се смесят, получавате идеален източникБяла светлина. И нека ви напомня, че висококачествената бяла светлина зад матрицата всъщност е равна на естественото цветопредаване за очите на зрителя от другата страна. Като минимум, защото не е нужно да правите корекции за загуба или изкривяване на спектъра.

Все пак е LCD телевизор

Широката цветова гама ще бъде особено полезна за новите 4K телевизори и 4:4:4 цветови субсемплиране, което ни очаква в бъдещите стандарти. Всичко това е добре, но не забравяйте, че квантовите точки не решават други проблеми с LCD телевизорите. Например, почти невъзможно е да се получи перфектно черно, тъй като течните кристали (същите „щори“, за които писах по-горе) не са в състояние напълно да блокират светлината. Те могат само да се „покрият“, но не и да се затворят напълно.

Квантовите точки са предназначени да подобрят възпроизвеждането на цветовете и това значително ще подобри впечатлението от картината. Но това не е OLED технология или плазма, където пикселите са в състояние напълно да спрат светлинния поток. въпреки това плазмени телевизориса пенсионирани и OLED все още са твърде скъпи за повечето потребители, така че все пак е добре да знаем какво ще ни предложат производителите скоро новият вид LED телевизори, които ще показват по-добре.

Колко струва един „квантов телевизор“?

Първите QD телевизори от Sony, Samsung и LG са обещани да бъдат показани на CES 2015 през януари. Въпреки това китайската TLC Multimedia е пред кривата, те вече пуснаха 4K QD телевизор и казват, че е на път да се появи в магазините в Китай.

На този моментиме точна ценателевизори с нова технологияневъзможно, чакаме официални изявления. Те написаха, че QD ще струват три пъти по-малко от OLED с подобна функционалност. Освен това технологията, както казват учените, е много евтина. Въз основа на това можем да се надяваме, че моделите с квантови точки ще бъдат широко достъпни и просто ще заменят конвенционалните. Мисля обаче, че в началото цените все още ще се повишават. Както обикновено се случва с всички нови технологии.

Добър ден, Хабражители! Мисля, че много хора забелязаха, че рекламите за дисплеи, базирани на технологията на квантовите точки, така наречените QD – LED (QLED) дисплеи, започнаха да се появяват все по-често, въпреки факта, че в момента това е само маркетинг. Подобно на LED телевизорите и Retina, това е технология за създаване на LCD дисплеи, която използва базирани на квантови точки светодиоди като подсветка.

Вашият смирен слуга реши да разбере какво представляват квантовите точки и с какво се използват.

Вместо да въведе

Енергийният спектър на квантовата точка е дискретен и разстоянието между стационарните енергийни нива на носителя на заряд зависи от размера на самата квантова точка като - ħ/(2md^2), където:

1. ħ - редуцирана константа на Планк;
2. d е характерният размер на точката;
3. m е ефективната маса на електрон в точка

Видове квантови точки

• епитаксиални квантови точки;
• колоидни квантови точки.

Дизайн с квантови точки

Сега за дисплеите

За да се създаде прототип, слой от разтвор на квантови точки се нанася върху силициева платка и върху нея се напръсква разтворител. След това гумен печат с гребенова повърхност се притиска в слоя от квантови точки, отделя се и се щампова върху стъкло или гъвкава пластмаса. Ето как ивици от квантови точки се нанасят върху субстрат. При цветните дисплеи всеки пиксел съдържа червен, зелен или син субпиксел. Съответно тези цветове се използват с различен интензитет, за да се получи най-много Повече ▼нюанси.

Следващата стъпка в развитието беше публикуването на статия на учени от Индийския научен институт в Бангалор. Къде са описани квантовите точки, които не само луминесцират? оранжево, но и в диапазона от тъмно зелено до червено.

Защо LCD е по-лош?

P.S.Струва си да се отбележи, че обхватът на приложение на квантовите точки не се ограничава само до LED монитори; наред с други неща, те могат да се използват в транзистори с полеви ефекти, фотоклетки, лазерни диоди и възможността за използването им в медицината и квантовите изчисления също се проучва.

P.P.S.Ако говорим за моето лично мнение, тогава вярвам, че те няма да бъдат популярни през следващите десет години, не защото са малко известни, а защото цените на тези дисплеи са високи до небето, но все пак искам да се надявам, че квантовите точките ще намерят своето приложение в медицината и ще се използват не само за увеличаване на печалбата, но и за добри цели.

Тагове: Добавете тагове

За да получите Главна идеяотносно свойствата на материалните обекти и законите, в съответствие с които „живее“ познатият на всички макрокосмос, изобщо не е необходимо да завършвате висше образование образователна институция, защото всеки ден всеки се сблъсква с техните прояви. Въпреки че в напоследъкВсе по-често се споменава принципът на сходството, чиито привърженици твърдят, че микро- и макросветът са много сходни, но все пак има разлика. Това е особено забележимо при много малки размери на тела и предмети. Квантовите точки, понякога наричани наноточки, са един от тези случаи.

По-малко по-малко

Да си припомним класическо устройствоатом, например водород. Той включва ядро, което поради наличието на положително зареден протон в него има плюс, т.е. +1 (тъй като водородът е първият елемент в периодичната таблица). Съответно на определено разстояние от ядрото има електрон (-1), образувайки електронна обвивка. Очевидно, ако увеличите стойността, това ще доведе до добавяне на нови електрони (запомнете: като цяло атомът е електрически неутрален).

Разстоянието между всеки електрон и ядрото се определя от енергийните нива на отрицателно заредените частици. Всяка орбита е постоянна; общата конфигурация на частиците определя материала. Електроните могат да прескачат от една орбита в друга, поглъщайки или освобождавайки енергия чрез фотони с една или друга честота. Най-отдалечените орбити съдържат електрони с максимално ниво на енергия. Интересното е, че самият фотон проявява двойна природа, като се определя едновременно като безмасова частица и електромагнитно излъчване.

Самата дума „фотон“ е от гръцки произход и означава „частица светлина“. Следователно може да се твърди, че когато един електрон промени своята орбита, той абсорбира (излъчва) квант светлина. В този случай е уместно да се обясни значението на друга дума - „квантов“. Всъщност няма нищо сложно. Думата идва от латинското „quantum“, което буквално се превежда като най-малка стойноствсякакви физическо количество(тук - радиация). Нека обясним с пример какво е квант: ако при измерване на теглото най-малкото неделимо количество е милиграм, тогава може да се нарече така. Ето как просто се обяснява един на пръв поглед сложен термин.

Обяснение на квантовите точки

Често можете да намерите в учебниците следното определениеза наноточка, това е изключително малка частица от всякакъв материал, чиито размери са сравними с дължината на излъчваната вълна на електрон ( пълна гама отобхваща диапазона от 1 до 10 нанометра). Вътре в него стойността на единичния носител на отрицателен заряд е по-малка, отколкото отвън, така че електронът е ограничен в движенията си.

Терминът "квантови точки" обаче може да се обясни по различен начин. Електронът, погълнал фотон, се „издига“ на по-високо енергийно ниво и на негово място се образува „недостиг“ - така наречената дупка. Съответно, ако един електрон има заряд -1, то дупката има заряд +1. Опитвайки се да се върне към предишното си стабилно състояние, електронът излъчва фотон. Връзката на носителите на заряд "-" и "+" в този случай се нарича екситон и във физиката се разбира като частица. Размерът му зависи от нивото на погълната енергия (по-висока орбита). Квантовите точки са именно тези частици. Честотата на енергията, излъчвана от електрон, зависи директно от размера на частиците на даден материал и екситон. Струва си да се отбележи, че цветовото възприятие на светлината от човешкото око се основава на различни

Най-важният обект във физиката на нискоразмерните полупроводникови хетероструктури са така наречените квазинулевомерни системи или квантови точки. дайте точно определениеКвантовите точки са доста трудни. Това се дължи на факта, че във физическата литература квантовите точки се отнасят до широк клас системи с квази-нулево измерение, в които се проявява ефектът от квантуването на размера на енергийните спектри на електрони, дупки и екситони. Този клас основно включва полупроводникови кристали, в които и трите пространствени измерения са от порядъка на радиуса на екситона на Бор в обемен материал. Това определениепредполага, че квантовата точка е във вакуумна, газова или течна среда или е ограничена до някакъв твърд материал, различен от материала, от който е направена. В този случай триизмерното пространствено ограничение на елементарните възбуждания в квантовите точки се дължи на наличието на интерфейси между различни материалии среди, т.е. съществуването на хетерограници. Такива квантови точки често се наричат ​​микро- или нанокристали. Това просто определение обаче не е пълно, тъй като има квантови точки, за които няма хетероинтерфейси в едно или две измерения. Въпреки това движението на електрони, дупки или екситони в такива квантови точки е пространствено ограничено поради наличието на потенциални ямки, които възникват например поради механични напрежения или колебания в дебелината на полупроводниковите слоеве. В този смисъл можем да кажем, че квантовата точка е всяка триизмерна потенциална яма, запълнена с полупроводников материал, с характерни размери от порядъка, в която движението на електрони, дупки и екситони е пространствено ограничено в три измерения.

Методи за производство на квантови точки

Сред разнообразието от различни квантови точки могат да се разграничат няколко основни вида, които най-често се използват в експериментални изследванияи приложения. На първо място, това са нанокристали в течности, стъкла и матрици от широкозонни диелектрици (фиг. 1). Ако се отглеждат в стъклени матрици, те обикновено имат сферична форма. Именно в такава система, която се състои от CuCl квантови точки, вградени в силикатни стъкла, ефектът от триизмерното квантуване на размера на екситоните е открит за първи път при изследване на еднофотонна абсорбция. Тази работа бележи началото на бързото развитие на физиката на квазинулевомерните системи.

Фиг. 1.

Квантовите точки в кристална диелектрична матрица могат да бъдат правоъгълни паралелепипеди, какъвто е случаят с базирани на CuCl квантови точки, вградени в NaCl. Нанокристалите също са квантови точки, отгледани в полупроводникови матрици чрез капкова епитаксия.

На другите важен типКвантовите точки са така наречените самоорганизирани квантови точки, които се произвеждат по метода на Странски-Кръстанов чрез техниката на молекулярно-лъчева епитаксия (фиг. 2). Техен отличителна чертае, че те са свързани помежду си чрез ултратънък омокряем слой, чийто материал съвпада с материала на квантовите точки. По този начин на тези квантови точки липсва един от хетероинтерфейсите. Този тип по принцип може да включва порести полупроводници, например порест Si, както и потенциални ямки в тънки полупроводникови слоеве, които възникват поради колебания в дебелината на слоевете.

Фиг.2.

Фиг.3. Структура с индуцирани от механичен стрес InGaAs квантови точки. 1 - покриващ слой GaAs; 2 - самоорганизирани InP квантови точки, които задават механични напрежения, водещи до появата на триизмерни потенциални ямки в слоя InGaAs; 3 и 6 - GaAs буферни слоеве; 4 - тънка квантова яма InGaAs, в която се образуват квантови точки, предизвикани от механичен стрес; 5 - квантови точки; 7 - GaAs подложка. Пунктираните линии показват профили на механично напрежение.

Квантовите точки, предизвикани от механичен стрес, могат да бъдат класифицирани като трети тип (фиг. 3). Те се образуват в тънки полупроводникови слоеве поради механични напрежения, които възникват поради несъответствие на константите на решетката на хетероинтерфейсните материали. Тези механични напрежения водят до появата на тънък слойтриизмерна потенциална яма за електрони, дупки и екситони. От фиг. 3. Ясно е, че такива квантови точки нямат хетероинтерфейси в две посоки.