Квантові точки і навіщо їх ставлять

Добрий час доби, Хабражітелі!

Я думаю багато хто помітив, що все частіше і частіше стала з'являтися реклама про дисплеях заснованих на технології квантових точок, так звані QD – LED (QLED) дисплеї і незважаючи на те, що на даний момент це всього лише маркетинг. Аналогічно LED TV і Retina це технологія створення дисплеїв LCD, використовує в якості підсвічування світлодіоди на основі квантових точок.
Ваш покірний слуга вирішив все ж розібратися що таке квантові точки і з чим їх їдять.




Замість введення
Квантова точка — фрагмент провідника або напівпровідника, носії заряду (електрони або дірки) якого обмежені в просторі за всіма трьома вимірами. Розмір квантової точки повинен бути настільки малий, щоб квантові ефекти були істотними. Це досягається, якщо кінетична енергія електрона помітно більше всіх інших енергетичних масштабів: в першу чергу більше температури, вираженої в енергетичних одиницях. Квантові точки були вперше синтезовані на початку 1980-х років Олексієм Екимова в скляній матриці і Луї Е. Брусом в колоїдних розчинах. Термін «квантова точка» був запропонований Марком Рідом.
Енергетичний спектр квантової точки дискретний, а відстань між стаціонарними рівнями енергії носія заряду залежить від розміру квантової точки як — ħ/(2md^2 ), де:
  1. ħ — приведена постійна Планка;
  2. d — характерний розмір точки;

  3. m — ефективна маса електрона на точці

Якщо ж говорити простою мовою, то квантова точка — це напівпровідник, електричні характеристики якого залежать від його розміру та форми.



Наприклад, при переході електрона на енергетичний рівень нижче, випускається фотон; так як можна регулювати розмір квантової точки, то можна і змінювати енергію випускається фотона, а отже, змінювати колір випромінюваного квантової точки світу.

Типи квантових точок
Розрізняють два типи:
  • епітаксіальні квантові точки;
  • колоїдні квантові точки.
По суті вони названі так за методами їх отримання. Докладно говорити про них не буду в силу великої кількості хімічних термінів (гугл в допомогу). Додам тільки, що за допомогою колоїдного синтезу можна одержувати нанокристали, покриті шаром адсорбованих поверхнево-активних молекул. Таким чином, вони розчиняються в органічних розчинниках, після модифікації — також у полярних розчинниках.

Конструкція квантових точок
Зазвичай квантової точкою є кристал напівпровідника, в якому реалізуються квантові ефекти. Електрон в такому кристалі відчуває себе як у трьох мірної потенційній ямі і має багато стаціонарних рівнів енергії. Відповідно при переході з одного рівня на інший квантової точкою може випромінювати фотон. При всьому при цьому переходами легко керувати, змінюючи розміри кристала. Можливо також перекинути електрон на високий енергетичний рівень і отримувати випромінювання від переходу між більш низколежащими рівнями і як наслідок отримуємо люмінесценцію. Власне, саме спостереження цього явища і послужило першим спостереженням квантових точок.

Тепер про дисплеях
Історія повноцінних дисплеїв почалася в лютому 2011 року, коли Samsung Electronics представили розробки повнокольорового дисплея на основі квантових точок QLED. Це був 4-х дюймовий дисплей керований активною матрицею, тобто кожен кольоровий піксел з квантовою точкою може включатися і вимикатися тонкопленочным транзистором.
Для створення прототипу на кремінну плату наносять шар розчину квантових точок і напилюється розчинник. Після чого в шар квантових точок запресовується гумовий штамп з гребінчастою поверхнею, відокремлюється і штампується на скло або гнучкий пластик. Так здійснюється нанесення смужок квантових точок на підкладку. У кольорових дисплеях кожен піксель містить червоний, зелений або синій субпіксель. Відповідно ці кольори використовуються з різною інтенсивністю для отримання якомога більшої кількості відтінків.
Наступним кроком у розвитку стала публікація статті вченими з Індійського Інституту Науки в Бангалорі. Де було описано квантові точки які люмінесціюють не тільки помаранчевим кольором, але і в діапазоні від темно-зеленого до червоного.

РК гірше?
Основна відмінність QLED-дисплея від РК полягає в тому, що другі здатні охопити лише 20-30% колірного діапазону. Так само на телевізорах QLED відпадає необхідність у використанні шару з світлофільтрами, так як кристали при подачі на них напруги випромінюють світло завжди з чітко визначеною довжиною хвилі і як результат з однаковим колірним значенням.



Так само були новини про продаж комп'ютерного дисплея на квантових точках в Китаї. На жаль, на власні очі перевірити, на відміну від телевізора мені ще не довелося.

P. S. Варто відзначити що область застосування квантових точок не обмежується тільки LED — моніторами, крім усього іншого вони можуть застосовуватися, в польових транзисторах, фотоелементах, лазерних діодах, так само проходять дослідження можливості застосування їх у медицині та квантових обчисленнях.
P. S. S. Якщо ж говорити про мою особисту думку, то я вважаю, що найближчий десяток років користуватися популярністю вони не будуть, не з-за того, що мало відомі, а тому, як ціни на дані дисплеї захмарні, але все ж хочеться сподіватися, що квантові точки знайдуть своє застосування і в медицині, і буду використовуватися не тільки для збільшення прибутку, але і в благих цілях.
Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.