QLED(퀀텀닷 디스플레이)란?
Dec 09, 2021
양자점이란 무엇입니까?
1.1 개념
양자점은 엑시톤을 세 가지 공간 방향으로 묶는 반도체 나노 구조입니다. 양자점은 중요한 저차원 반도체 재료이며, 이들의 3차원은 해당 반도체 재료의 엑시톤 보어 반경(1~10nm)의 2배 이하입니다.
양자점은 일반적으로 구형 또는 준구형이며 직경은 종종 2-20nm 사이인 반면 머리카락의 직경은 약 100,000nm(100μm)입니다.
1.2 특징
양자점은 나노 수준의 반도체입니다. 이 나노반도체 물질에 일정한 전기장이나 빛의 압력을 가하면 특정한 주파수의 빛을 방출하고, 방출되는 빛의 주파수는 이 반도체의 크기에 따라 변한다. 따라서 이 나노 반도체의 크기를 조절함으로써 방출되는 빛의 색을 조절할 수 있다. 이 나노반도체는 전자와 정공(Electron hole)을 제한하는 특성을 가지고 있기 때문에 이러한 특성은 자연계의 원자나 분자와 유사하다. , 양자점이라고 합니다.
양자점은 반도체 나노결정입니다. 입자 크기가 엑시톤의 보어 반경보다 작으면 전자의 평균 자유 경로가 작은 범위로 제한되고 정공과 엑시톤 쌍을 형성하기 쉽습니다. 전자와 정공의 파동함수가 중첩되어 여기자 흡수띠가 생긴다. 양자점의 크기가 작을수록 엑시톤이 형성될 확률이 높아지고 엑시톤의 농도가 높아진다. 이 효과를 양자 구속 효과라고 합니다. 양자점의 양자 구속 효과는 기존 반도체 재료와 다른 광학 성능을 만듭니다. 그 에너지 밴드 구조는 전도 밴드의 바닥 근처에서 일부 여기자 에너지 준위를 형성하여 여기자 흡수 밴드를 생성하고 여기자의 재결합은 형광 복사를 생성합니다. 양자점의 크기가 다르고, 전자와 정공이 양자 구속되는 정도가 다르며, 이산 에너지 준위 구조도 다릅니다.
입자의 크기가 작아질수록 전자와 정공의 가두는 정도가 증가하여 양자의 운동에너지가 증가하게 되는데, 즉 양자 가둠 에너지가 증가하고 양자점의 유효 밴드갭이 넓어지며, 해당 흡수 및 방출 스펙트럼은 청색 편이를 발생시키며, 크기가 작을수록 청색 이동이 커집니다. 따라서 양자점의 크기를 조절함으로써 양자점의 발광 스펙트럼을 조절할 수 있다.
양자점의 에너지 준위는 양자 구속 효과에 의해 갈라지고, 나노 결정의 크기가 작아질수록 반도체 밴드 갭이 커진다.
양자점의 주요 특성
1.3 준비
1.3.1 재료
일반적인 양자점은 IV, II-VI, IV-VI 또는 III-V 요소로 구성됩니다. 특정 예는 실리콘 양자점, 게르마늄 양자점, 카드뮴 황화물 양자점, 카드뮴 셀레나이드 양자점, 카드뮴 텔루라이드 양자점, 아연 셀렌화물 양자점, 납 황화물 양자점, 납 셀레나이드 양자점, 인듐 인화물 양자점 및 인듐 비소 양자입니다. 점 등
현재 사용되는 양자점 물질은 주로 카드뮴 셀레나이드(CdSe) 계열과 인듐 인화물(InP) 계열이 있다. 전자는 QD Vision에서 주로 사용하고 후자는 Nanoco에서 주로 사용하며 Nanosys는 인듐 인화물과 카드뮴 하이브리드 양자점을 사용합니다. 계획. 두 종류의 양자점은 나름대로의 장점과 단점이 있습니다. 카드뮴 셀레나이드가 높은 발광 효율과 더 넓은 색 영역보다 우수합니다. 인화인듐은 카드뮴을 포함하지 않으며 EU ROHS 표준에 의해 제한되지 않습니다.
1.3.2 준비 방법
양자점의 제조 방법은 크게 화학 용액 성장법, 에피택시 성장법, 전기장 구속법의 세 가지로 나눌 수 있습니다. 이 세 가지 유형의 제조 방법은 세 가지 다른 유형의 양자점에도 해당합니다.
화학 용액 성장
1993년 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology)의 바웬디(Bawendi) 교수가 이끄는 연구팀이 처음으로 유기용액에서 균일한 크기의 양자점을 합성했다. 그들은 3개의 산소 원소(황, 셀레늄, 텔루르)를 tri-n-octyl phosphine oxide에 녹인 다음 섭씨 200~300도에서 유기 용액에서 디메틸 카드뮴과 반응하여 해당 양자점 물질(황화 카드뮴)을 생성했습니다. , 카드뮴 셀레나이드, 카드뮴 텔루라이드). 그 후 사람들은 이 방법을 기반으로 콜로이드 양자점을 합성하는 많은 방법을 발명했습니다. 대부분의 반도체 재료는 화학 용액 성장 방법으로 합성하여 해당 양자점을 생성할 수 있습니다.
콜로이드 양자점은 낮은 생산 비용, 높은 수율 및 높은 발광 효율(특히 가시광선 및 자외선 대역)의 장점이 있습니다. 그러나 단점은 전도도가 매우 낮다는 것입니다. 제조 과정에서 양자점 표면에 유기 리간드가 생성되기 때문에 양자점 사이의 반데르발스 인력이 상쇄되어 용액 내에서 안정성을 유지하게 된다. 그러나 이 유기 리간드 층은 양자점 간의 전하 이동을 크게 방해합니다. 이것은 태양 전지 및 기타 구성 요소에서 나노 결정의 적용을 크게 줄입니다. 과학자들은 이 물질에서 전하의 전도도를 증가시키기 위해 다양한 방법을 시도했습니다. 대표적으로 2003년 시카고 대학의 Guyot-Sionnest 교수는 기존의 장쇄 유기 리간드를 단쇄 아미노 화합물로 교체하고 양자점 간격을 좁히고 전기화학적 방법으로 양자점에 많은 수의 전자를 주입했습니다. 내부에서는 전도도가 0.01S/cm로 증가합니다.
에피택셜 성장
에피택시 성장 방법은 기판 재료에 새로운 결정을 성장시키는 것을 말합니다. 결정이 충분히 작으면 양자점이 형성됩니다. 다른 성장 메커니즘에 따라 이 방법은 화학 기상 증착과 분자 빔 에피택시로 세분될 수 있습니다.
이 방법으로 성장한 양자점은 다른 유형의 반도체에서 자라며 기존 반도체 장치와 쉽게 결합됩니다. 또한, 유기 리간드가 없기 때문에 에피택시 양자점의 전하 전달 효율은 콜로이드 양자점보다 높고 에너지 준위는 콜로이드 양자점보다 제어하기 쉽습니다. 동시에 표면 결함이 적다는 장점도 있습니다. 그러나 화학기상증착과 분자빔 에피택시는 모두 고진공 또는 초고진공을 필요로 하기 때문에 에피택시 양자점의 비용은 콜로이드 양자점의 비용보다 높다.
전기장 구속 방식
전기장 구속 방법은 금속 전극의 전위를 최대한 사용하여 반도체의 에너지 준위를 왜곡하여 캐리어에 제약을 형성하는 것을 말합니다. 필요한 양자점의 크기는 나노미터 수준이기 때문에 전자빔을 노출시켜 금속전극을 제작해야 한다. 비용은 가장 높고 수익률은 가장 낮습니다. 그러나 이 방법으로 생성된 양자점은 게이트 전압을 조정하는 것만으로 에너지 준위, 캐리어 수 및 스핀을 제어할 수 있습니다. 제어 가능성이 매우 높기 때문에 이러한 양자점은 양자 컴퓨팅에도 가장 적합합니다.
1.4 양자점의 활용
02
퀀텀닷 디스플레이 적용
2.1 역사
1970년대 초 반도체 에피택시 성장 기술의 발달로 나노구조의 제조가 가능하게 되었다. 먼저 양자우물(Quantum Wells, QW)이라고 하는 얇은 층의 2차원 나노구조물을 합성하여 광범위하게 연구하였다. 이 나노 박막 구조는 두 개의 서로 다른 반도체 재료의 배열에 의해 형성됩니다. 전자와 정공은 수 나노미터 두께의 얇은 층에 가둬져 있어 가둠 효과가 뚜렷합니다. 조성비를 조절함으로써 양자우물의 밴드갭을 변화시킬 수 있다.
2011년 삼성전자는 양자점 발광층의 전자와 정공수송층으로 유기층과 무기층을 각각 이용해 양자점 발광소자를 생산했다. 삼성전자는 퀀텀닷 필름을 전사 방식으로 패터닝해 4인치 풀컬러 액티브 매트릭스 QLED 디스플레이 소자 시제품을 제작했다. 삼성 연구진은 먼저 실리콘 판에 퀀텀닷 용액을 도포한 뒤 증발시킨 뒤, 돌출된 부분을 퀀텀닷 층으로 압착한다. 표면층을 제거한 후 유리기판 또는 플라스틱기판으로 전사합니다. 이 공정은 기판에 양자점을 구현합니다. 옮기다. 그 연구원들은 디스플레이 프로토타입 생산을 달성하기 위해 유리 기판 또는 유연한 플라스틱 기판이 사용되었다고 말했습니다.
2013년부터 퀀텀닷 디스플레이 기술이 액정표시장치(LCD) 패널에 적용됐다. 백라이트 모듈과 액정 셀 사이에 양자점 필름을 조립해 고색재현율 TV와 태블릿 컴퓨터에 적용해 보다 폭넓은 색상을 구현한다. 도메인 및 낮은 전력 소비.
Sony는 2013년 6월 백라이트에 양자점 기술을 사용하는 고급 LCD TV 모델을 출시했습니다. 아마존은 또한 2013년 10월 LCD 백라이트에 양자점을 사용하는 태블릿 컴퓨터를 출시했습니다.
2.2 퀀텀닷의 디스플레이 특성
1. 높은 색 순도, 좁은 방출 스펙트럼 피크 및 대칭 분포;
2. 방출 스펙트럼은 조정 가능하며 양자점의 크기와 재료를 제어하여 방출 파장을 변경할 수 있으므로 발광 색상을 제어합니다.
3. 100% NTSC보다 큰 색 영역을 커버하는 우수한 색상 성능;
4. 발광 효율이 높고 양자 효율이 90%로 높으며 광 안정성이 좋습니다.
5. 초고해상도 화면 제조에 사용할 수 있는 나노 수준의 픽셀을 실현할 가능성이 있습니다.
