Apa itu TV QD, di mana mencari “titik kuantum” dan mengapa titik tersebut tampil lebih baik. Desain titik kuantum. Desain titik kuantum

LED, LCD, OLED, 4K, UHD... tampaknya hal terakhir yang dibutuhkan industri televisi saat ini adalah akronim teknis lainnya. Tetapi kemajuan tidak dapat dihentikan, temui beberapa huruf lagi - QD (atau Quantum Dot). Izinkan saya segera mencatat bahwa istilah "titik kuantum" dalam fisika memiliki arti yang lebih luas daripada yang diperlukan untuk televisi. Namun mengingat tren terkini untuk segala hal nanofisika, pemasar perusahaan besar dengan senang hati mulai menerapkan hal sulit ini konsep ilmiah. Jadi saya memutuskan untuk mencari tahu jenis titik kuantum ini dan mengapa semua orang ingin membeli TV QD.

Pertama, beberapa ilmu pengetahuan dalam bentuk yang disederhanakan. " Titik kuantum" adalah semikonduktor yang sifat kelistrikannya bergantung pada ukuran dan bentuknya (wiki). Itu harus sangat kecil sehingga efek ukuran kuantum terlihat jelas. Dan efek-efek ini diatur oleh ukuran titik ini, yaitu. energi yang dipancarkan, misalnya foton - sebenarnya, warna - bergantung pada "dimensi", jika kata ini berlaku untuk benda sekecil itu.

Quantum-Dot TV dari LG yang pertama kali ditayangkan di CES 2015

Dalam bahasa konsumen, ini adalah partikel kecil yang akan mulai bersinar dalam spektrum tertentu jika disinari. Jika Anda menerapkannya dan “menggosoknya”. film pendek, lalu terangi, film akan mulai bersinar terang. Inti dari teknologi ini adalah ukuran titik-titik ini mudah dikontrol, yang berarti menghasilkan warna yang akurat.

Gamut warna TV QD, menurut QD Vision, 1,3 kali lebih tinggi dibandingkan TV konvensional, dan sepenuhnya mencakup NTSC

Sebenarnya tidak begitu penting nama apa yang dipilih perusahaan besar, yang utama adalah apa yang harus diberikan kepada konsumen. Dan di sini janjinya cukup sederhana - peningkatan rendisi warna. Untuk lebih memahami bagaimana “titik kuantum” menyediakan hal ini, Anda perlu mengingat desain layar LCD.

Cahaya di bawah kristal

TV LCD (LCD) terdiri dari tiga bagian utama: lampu latar putih, filter warna (memisahkan cahaya menjadi merah, biru dan warna hijau) dan matriks kristal cair. Yang terakhir tampak seperti kisi-kisi jendela kecil - piksel, yang, pada gilirannya, terdiri dari tiga subpiksel (sel). Kristal cair, seperti tirai, dapat menghalangi aliran cahaya atau, sebaliknya, terbuka sepenuhnya; ada juga keadaan peralihan.

Perusahaan PlasmaChem GmbH memproduksi “titik kuantum” dalam kilogram dan mengemasnya dalam botol

Ketika cahaya putih dipancarkan oleh light emitting diodes (LED), saat ini sudah sulit menemukan TV yang dilengkapi dengan itu lampu neon, seperti beberapa tahun yang lalu), melewati, misalnya, melalui piksel yang sel hijau dan merahnya tertutup, lalu kita lihat Warna biru. Tingkat "partisipasi" setiap piksel RGB berubah, dan dengan demikian diperoleh gambar berwarna.

Ukuran titik-titik kuantum dan spektrum di mana mereka memancarkan cahaya, menurut Nanosys

Seperti yang Anda pahami, untuk memastikan kualitas warna gambar, setidaknya diperlukan dua hal: filter warna yang akurat dan cahaya latar putih yang benar, sebaiknya dengan spektrum yang luas. Yang terakhir inilah yang menyebabkan masalah pada LED.

Pertama, warnanya sebenarnya tidak putih, selain itu, spektrum warnanya sangat sempit. Artinya, spektrumnya luas putih dicapai dengan lapisan tambahan - ada beberapa teknologi, paling sering yang disebut dioda fosfor dengan penambahan warna kuning digunakan. Namun warna “putih semu” ini masih jauh dari ideal. Jika dilewatkan melalui sebuah prisma (seperti pada pelajaran fisika di sekolah), ia tidak akan terurai menjadi semua warna pelangi dengan intensitas yang sama, seperti yang terjadi pada sinar matahari. Merah, misalnya, akan tampak jauh lebih redup dibandingkan hijau dan biru.

Seperti inilah spektrum pencahayaan LED tradisional. Seperti yang Anda lihat, nada biru jauh lebih intens, dan warna hijau dan merah ditutupi secara tidak merata oleh filter kristal cair (garis pada grafik)

Dapat dimengerti bahwa para insinyur sedang mencoba memperbaiki situasi dan menemukan solusi. Misalnya, Anda dapat menurunkan level hijau dan biru di pengaturan TV, tetapi ini akan memengaruhi kecerahan keseluruhan - gambar akan menjadi lebih pucat. Jadi semua produsen mencari sumber cahaya putih, yang peluruhannya akan menghasilkan spektrum seragam dengan warna dengan saturasi yang sama. Di sinilah titik-titik kuantum membantu.

Titik kuantum

Izinkan saya mengingatkan Anda bahwa jika kita berbicara tentang televisi, maka “titik kuantum” adalah kristal mikroskopis yang bersinar ketika cahaya menerpanya. Mereka dapat “terbakar” dalam berbagai warna, semuanya tergantung pada ukuran titik. Dan mengingat para ilmuwan kini telah belajar mengendalikan ukurannya dengan hampir sempurna dengan mengubah jumlah atom penyusunnya, maka dimungkinkan untuk memperoleh cahaya dengan warna yang persis seperti yang dibutuhkan. Titik-titik kuantum juga sangat stabil - tidak berubah, yang berarti bahwa titik yang dirancang untuk berpendar pada warna merah tertentu akan mempertahankan warna tersebut hampir selamanya.

Seperti inilah spektrum lampu latar LED menggunakan film QD (menurut QD Vision)

Para insinyur mendapatkan ide untuk menggunakan teknologi ini dengan cara berikut: lapisan “titik kuantum” diterapkan pada film tipis, dibuat agar bersinar dengan warna merah dan hijau tertentu. Dan LEDnya berwarna biru biasa. Dan kemudian seseorang akan langsung menebak: "semuanya jelas - ada sumber warna biru, dan titik-titiknya akan menghasilkan warna hijau dan merah, yang berarti kita akan mendapatkan model RGB yang sama!" Tapi tidak, teknologi bekerja secara berbeda.

Kita harus ingat bahwa “titik-titik kuantum” terletak pada satu lembar besar dan tidak dibagi menjadi subpiksel, tetapi hanya bercampur menjadi satu. Ketika dioda biru menyinari film, titik-titik tersebut memancarkan warna merah dan hijau, seperti disebutkan di atas, dan hanya jika ketiga warna ini dicampur barulah Anda mendapatkan sumber ideal cahaya putih. Dan izinkan saya mengingatkan Anda bahwa cahaya putih berkualitas tinggi di belakang matriks sebenarnya sama dengan rendering warna alami untuk mata pemirsa di sisi lain. Minimal, karena Anda tidak perlu melakukan koreksi atas kehilangan atau distorsi spektrum.

Ini masih TV LCD

Gamut warna yang lebar akan sangat berguna terutama untuk TV 4K baru dan subsampling warna 4:4:4, yang menanti kita dalam standar mendatang. Itu semua baik dan bagus, tapi ingat bahwa titik kuantum tidak menyelesaikan masalah lain dengan TV LCD. Misalnya, hampir tidak mungkin untuk mendapatkan warna hitam sempurna, karena kristal cair (“tirai” yang sama yang saya tulis di atas) tidak mampu menghalangi cahaya sepenuhnya. Mereka hanya bisa “menutupi diri mereka sendiri”, tetapi tidak menutup sepenuhnya.

Titik kuantum dirancang untuk meningkatkan reproduksi warna, dan ini akan meningkatkan kesan gambar secara signifikan. Namun ini bukanlah teknologi OLED atau plasma, di mana pikselnya mampu menghentikan aliran cahaya sepenuhnya. Namun demikian TV plasma sudah pensiun dan OLED masih terlalu mahal bagi sebagian besar konsumen, jadi ada baiknya mengetahui produsen apa yang akan segera menawarkan kepada kita jenis baru TV LED, yang akan tampil lebih baik.

Berapa biaya “TV kuantum”?

TV QD pertama dari Sony, Samsung dan LG dijanjikan akan ditampilkan di CES 2015 pada bulan Januari. Namun, TLC Multimedia Tiongkok berada di depan, mereka telah merilis TV QD 4K dan mengatakan akan segera hadir di toko-toko di Tiongkok.

TV QD 55 inci dari TCL, ditampilkan di IFA 2014

Pada saat ini nama biaya yang tepat TV dengan teknologi baru tidak mungkin, kami menunggu pernyataan resmi. Mereka menulis bahwa QD harganya tiga kali lebih murah dibandingkan OLED dengan fungsi serupa. Selain itu, teknologinya, menurut para ilmuwan, sangat murah. Berdasarkan hal ini, kita berharap model Quantum Dot akan tersedia secara luas dan menggantikan model konvensional. Namun, menurut saya harga masih akan naik pada awalnya. Seperti yang biasanya terjadi pada semua teknologi baru.

Selamat siang, Habrazhiteliki! Saya rasa banyak orang telah memperhatikan bahwa iklan tentang tampilan berdasarkan teknologi quantum dot, yang disebut tampilan QD – LED (QLED), mulai semakin sering muncul, meskipun saat ini hanya sekedar pemasaran. Mirip dengan TV LED dan Retina, ini adalah teknologi pembuatan layar LCD yang menggunakan LED berbasis titik kuantum sebagai lampu latar.

Pelayan Anda yang rendah hati memutuskan untuk mencari tahu apa itu titik kuantum dan kegunaannya.

Bukannya memperkenalkan

Titik kuantum- pecahan konduktor atau semikonduktor, yang pembawa muatannya (elektron atau lubang) terbatas dalam ruang di ketiga dimensi. Ukuran titik kuantum harus cukup kecil agar efek kuantum menjadi signifikan. Ini tercapai jika energi kinetik elektron secara nyata lebih besar dibandingkan semua skala energi lainnya: pertama-tama, lebih besar dari suhu yang dinyatakan dalam satuan energi. Titik kuantum pertama kali disintesis pada awal tahun 1980an oleh Alexei Ekimov dalam matriks kaca dan oleh Louis E. Brous dalam larutan koloid. Istilah "titik kuantum" diciptakan oleh Mark Reed.

Spektrum energi titik kuantum bersifat diskrit, dan jarak antara tingkat energi stasioner pembawa muatan bergantung pada ukuran titik kuantum itu sendiri sebagai - ħ/(2md^2), dengan:

ħ - mengurangi konstanta Planck;
d adalah ukuran karakteristik suatu titik;
m adalah massa efektif elektron pada suatu titik

Jika kita berbicara dalam bahasa yang sederhana maka titik kuantum adalah semikonduktor, Karakteristik listrik yang tergantung pada ukuran dan bentuknya.

Misalnya, ketika sebuah elektron berpindah ke tingkat energi yang lebih rendah, sebuah foton dipancarkan; Karena Anda dapat menyesuaikan ukuran titik kuantum, Anda juga dapat mengubah energi foton yang dipancarkan, dan karenanya mengubah warna cahaya yang dipancarkan oleh titik kuantum.

Jenis Titik Kuantum

Ada dua jenis:

titik-titik kuantum epitaksi;
titik kuantum koloid.

Faktanya, mereka diberi nama berdasarkan metode yang digunakan untuk mendapatkannya. Saya tidak akan membicarakannya secara detail karena jumlah besar istilah kimia (Google untuk membantu). Saya hanya akan menambahkan bahwa dengan menggunakan sintesis koloid, dimungkinkan untuk memperoleh nanokristal yang dilapisi dengan lapisan molekul surfaktan yang teradsorpsi. Jadi, mereka larut dalam Pelarut organik, setelah modifikasi - juga dalam pelarut polar.

Desain titik kuantum

Biasanya, titik kuantum adalah kristal semikonduktor tempat efek kuantum diwujudkan. Sebuah elektron dalam kristal seperti itu terasa seperti berada dalam sumur potensial tiga dimensi dan memiliki banyak tingkat energi stasioner. Oleh karena itu, ketika berpindah dari satu tingkat ke tingkat lainnya, titik kuantum dapat memancarkan foton. Dengan semua ini, transisi mudah dikontrol dengan mengubah dimensi kristal. Dimungkinkan juga untuk mentransfer elektron ke tingkat energi yang tinggi dan menerima radiasi dari transisi antara tingkat yang lebih rendah dan, sebagai hasilnya, kita memperoleh pendaran. Sebenarnya, pengamatan terhadap fenomena inilah yang menjadi pengamatan pertama terhadap titik-titik kuantum.

Sekarang tentang tampilan

Sejarah tampilan penuh dimulai pada bulan Februari 2011, ketika Samsung Electronics mempresentasikan pengembangan layar penuh warna berdasarkan titik kuantum QLED. Itu adalah layar 4 inci yang dikendalikan oleh matriks aktif, mis. Setiap piksel titik kuantum warna dapat dihidupkan dan dimatikan oleh transistor film tipis.

Untuk membuat prototipe, lapisan larutan titik kuantum diterapkan pada papan sirkuit silikon dan pelarut disemprotkan. Kemudian stempel karet dengan permukaan sisir ditekan ke dalam lapisan titik-titik kuantum, dipisahkan dan dicap pada kaca atau plastik fleksibel. Beginilah cara garis titik kuantum diterapkan pada substrat. Dalam tampilan berwarna, setiap piksel berisi subpiksel merah, hijau, atau biru. Oleh karena itu, warna-warna ini digunakan dengan intensitas berbeda untuk mendapatkan hasil maksimal lagi nuansa.

Langkah pengembangan selanjutnya adalah penerbitan artikel oleh para ilmuwan dari Institut Sains India di Bangalore. Di manakah titik-titik kuantum dijelaskan yang tidak hanya bercahaya? oranye, tetapi juga berkisar dari hijau tua hingga merah.

Mengapa LCD lebih buruk?

Perbedaan utama antara layar QLED dan LCD adalah LCD hanya dapat mencakup 20-30% rentang warna. Selain itu, di TV QLED tidak perlu menggunakan lapisan dengan filter cahaya, karena kristal, ketika diberi tegangan, selalu memancarkan cahaya dengan panjang gelombang yang jelas dan, sebagai hasilnya, dengan nilai warna yang sama.

Ada juga berita tentang penjualan layar komputer berbasis titik kuantum di China. Sayangnya, saya belum sempat mengeceknya dengan mata kepala sendiri, tidak seperti di TV.

P.S. Perlu dicatat bahwa ruang lingkup penerapan titik-titik kuantum tidak terbatas hanya pada monitor LED; antara lain, titik-titik tersebut dapat digunakan dalam transistor efek medan, fotosel, dioda laser, dan kemungkinan penggunaannya dalam bidang kedokteran dan komputasi kuantum. juga sedang dipelajari.

PPS Jika kita berbicara tentang pendapat pribadi saya, maka saya percaya bahwa mereka tidak akan populer selama sepuluh tahun ke depan, bukan karena mereka kurang dikenal, tetapi karena harga untuk layar ini sangat tinggi, tetapi saya masih berharap bahwa kuantum poin-poin tersebut akan diterapkan dalam pengobatan, dan akan digunakan tidak hanya untuk meningkatkan keuntungan, tetapi juga untuk tujuan yang baik.

Tag: Tambahkan tag

Untuk menerima Ide umum tentang sifat-sifat benda-benda material dan hukum-hukum yang sesuai dengan “hidup” makrokosmos yang akrab bagi semua orang, sama sekali tidak perlu menyelesaikan pendidikan tinggi lembaga pendidikan, karena setiap hari setiap orang menghadapi manifestasinya. Meskipun di Akhir-akhir ini Prinsip kesamaan semakin sering disebutkan, para pendukungnya berpendapat bahwa dunia mikro dan makro sangat mirip, namun tetap terdapat perbedaan. Hal ini terutama terlihat pada ukuran benda dan benda yang sangat kecil. Titik kuantum, terkadang disebut nanodot, adalah salah satu contohnya.

Kurang kurang

Mari kita ingat perangkat klasik atom, misalnya hidrogen. Termasuk inti, yang karena adanya proton bermuatan positif di dalamnya, memiliki nilai tambah, yaitu +1 (karena hidrogen adalah unsur pertama dalam tabel periodik). Dengan demikian, pada jarak tertentu dari inti terdapat elektron (-1), yang membentuk kulit elektron. Jelasnya, jika Anda meningkatkan nilainya, ini akan memerlukan penambahan elektron baru (ingat: secara umum, atom netral secara listrik).

Jarak antara masing-masing elektron dan inti ditentukan oleh tingkat energi partikel bermuatan negatif. Setiap orbit adalah konstan; konfigurasi keseluruhan partikel menentukan materialnya. Elektron dapat berpindah dari satu orbit ke orbit lainnya, menyerap atau melepaskan energi melalui foton dengan satu frekuensi atau lainnya. Orbit terjauh mengandung elektron dengan tingkat energi maksimum. Menariknya, foton itu sendiri menunjukkan sifat ganda, yang didefinisikan secara bersamaan sebagai partikel tak bermassa dan radiasi elektromagnetik.

Kata “foton” sendiri berasal dari bahasa Yunani dan berarti “partikel cahaya”. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa ketika sebuah elektron mengubah orbitnya, ia menyerap (memancarkan) sejumlah cahaya. Dalam hal ini, tepat untuk menjelaskan arti kata lain - “kuantum”. Sebenarnya tidak ada yang rumit. Kata tersebut berasal dari bahasa Latin “quantum”, yang secara harfiah diterjemahkan sebagai nilai terkecil setiap kuantitas fisik(di sini - radiasi). Mari kita jelaskan dengan sebuah contoh apa itu kuantum: jika, ketika mengukur berat, besaran terkecil yang tidak dapat dibagi adalah satu miligram, maka dapat disebut demikian. Beginilah penjelasan sederhana tentang istilah yang tampaknya rumit.

Penjelasan Titik Kuantum

Anda sering dapat menemukannya di buku teks definisi berikut untuk nanodot, ini adalah partikel yang sangat kecil dari bahan apa pun, yang dimensinya sebanding dengan panjang gelombang elektron yang dipancarkan ( berbagai macam mencakup rentang dari 1 hingga 10 nanometer). Di dalamnya, nilai pembawa muatan negatif tunggal lebih kecil daripada di luar, sehingga pergerakan elektron terbatas.

Namun, istilah “titik kuantum” dapat dijelaskan secara berbeda. Sebuah elektron yang telah menyerap foton “naik” ke tingkat energi yang lebih tinggi, dan sebagai gantinya terbentuk “kekurangan” - yang disebut lubang. Oleh karena itu, jika sebuah elektron mempunyai muatan -1, maka lubang mempunyai muatan +1. Mencoba untuk kembali ke keadaan stabil sebelumnya, elektron memancarkan foton. Hubungan pembawa muatan “-” dan “+” dalam hal ini disebut eksiton dan dalam fisika dipahami sebagai partikel. Besar kecilnya tergantung pada tingkat energi yang diserap (orbit lebih tinggi). Titik-titik kuantum adalah partikel-partikel ini. Frekuensi energi yang dipancarkan oleh elektron secara langsung bergantung pada ukuran partikel bahan dan rangsangan tertentu. Perlu dicatat bahwa persepsi warna cahaya oleh mata manusia didasarkan pada hal yang berbeda

Objek terpenting dalam fisika heterostruktur semikonduktor berdimensi rendah adalah apa yang disebut sistem kuasi-dimensi nol atau titik kuantum. Memberi definisi yang tepat Titik kuantum cukup sulit. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa dalam literatur fisika, titik-titik kuantum mengacu pada kelas luas sistem kuasi-dimensi nol di mana efek kuantisasi ukuran spektrum energi elektron, lubang, dan rangsangan dimanifestasikan. Kelas ini terutama mencakup kristal semikonduktor, yang ketiga dimensi spasialnya berada pada urutan radius eksiton Bohr di bahan volumetrik. Definisi ini mengasumsikan bahwa titik kuantum berada dalam lingkungan vakum, gas atau cair, atau terbatas pada bahan padat selain bahan pembuatnya. Dalam hal ini, batasan spasial tiga dimensi dari eksitasi dasar di titik-titik kuantum disebabkan oleh adanya antarmuka antar keduanya berbagai bahan dan lingkungan, yaitu adanya heteroboundaries. Titik-titik kuantum seperti itu sering disebut mikro atau nanokristal. Namun, definisi sederhana ini tidak lengkap, karena terdapat titik-titik kuantum yang tidak memiliki antarmuka hetero dalam satu atau dua dimensi. Meskipun demikian, pergerakan elektron, lubang, atau rangsangan pada titik-titik kuantum tersebut terbatas secara spasial karena adanya sumur potensial, yang timbul, misalnya, karena tekanan mekanis atau fluktuasi ketebalan lapisan semikonduktor. Dalam pengertian ini, kita dapat mengatakan bahwa titik kuantum adalah setiap sumur potensial tiga dimensi yang diisi dengan bahan semikonduktor, dengan dimensi orde karakteristik, di mana pergerakan elektron, lubang, dan rangsangan dibatasi secara spasial dalam tiga dimensi.

Metode pembuatan titik kuantum

Di antara berbagai titik kuantum yang berbeda, beberapa jenis utama dapat dibedakan, yang paling sering digunakan studi eksperimental dan aplikasi. Pertama-tama, ini adalah nanokristal dalam cairan, gelas, dan matriks dielektrik celah lebar (Gbr. 1). Jika ditanam dalam matriks kaca, biasanya berbentuk bola. Dalam sistem seperti itu, yang terdiri dari titik-titik kuantum CuCl yang tertanam dalam gelas silikat, efek kuantisasi ukuran tiga dimensi dari rangsangan pertama kali ditemukan ketika mempelajari serapan foton tunggal. Karya ini menandai awal dari perkembangan pesat fisika sistem dimensi kuasi-nol.

Gambar.1.

Titik kuantum dalam matriks dielektrik kristal dapat berupa paralelepiped persegi panjang, seperti halnya titik kuantum berbasis CuCl yang tertanam dalam NaCl. Nanokristal juga merupakan titik kuantum yang ditanam dalam matriks semikonduktor melalui epitaksi tetesan.

Untuk yang lainnya tipe penting Titik kuantum disebut titik kuantum yang terorganisir sendiri, yang dibuat dengan metode Stranski-Krastanov menggunakan teknik epitaksi berkas molekul (Gbr. 2). Milik mereka ciri khas adalah bahwa mereka terhubung satu sama lain melalui lapisan ultra tipis yang dapat dibasahi, yang materialnya bertepatan dengan material titik-titik kuantum. Jadi, titik-titik kuantum ini tidak memiliki salah satu antarmuka hetero. Jenis ini pada prinsipnya dapat mencakup semikonduktor berpori, misalnya Si berpori, serta sumur potensial pada lapisan semikonduktor tipis yang timbul akibat fluktuasi ketebalan lapisan.

Gambar.2.

Gambar.3. Struktur dengan titik kuantum InGaAs yang diinduksi tekanan mekanis. 1 - menutupi lapisan GaAs; 2 - titik kuantum InP yang terorganisir sendiri, yang mengatur tekanan mekanis yang mengarah pada munculnya sumur potensial tiga dimensi di lapisan InGaAs; 3 dan 6 - lapisan penyangga GaAs; 4 - sumur kuantum InGaAs tipis, di mana titik-titik kuantum yang disebabkan oleh tekanan mekanis terbentuk; 5 - titik kuantum; 7 - Substrat GaA. Garis putus-putus menunjukkan profil tekanan mekanis.

Titik kuantum yang disebabkan oleh tekanan mekanis dapat diklasifikasikan sebagai tipe ketiga (Gbr. 3). Mereka terbentuk dalam lapisan semikonduktor tipis karena tekanan mekanis yang timbul karena ketidaksesuaian konstanta kisi bahan heterointerface. Tekanan mekanis ini menyebabkan munculnya lapisan tipis potensi tiga dimensi dengan baik untuk elektron, lubang dan rangsangan. Dari Gambar. 3. Jelas bahwa titik-titik kuantum tersebut tidak memiliki antarmuka hetero dalam dua arah.