Квантовые точки и зачем их ставят

    Доброе время суток, Хабражители! Я думаю многие заметили, что все чаще и чаще стала появляться реклама о дисплеях основанных на технологии квантовых точек, так называемые QD – LED (QLED) дисплеи и несмотря на то, что на данный момент это всего лишь маркетинг. Аналогично LED TV и Retina это технология создания дисплеев LCD, использующая в качестве подсветки светодиоды на основе квантовых точек.

    Ваш покорный слуга решил все же разобраться что такое квантовые точки и с чем их едят.



    Вместо введения


    Квантовая точка — фрагмент проводника или полупроводника, носители заряда (электроны или дырки) которого ограничены в пространстве по всем трём измерениям. Размер квантовой точки должен быть настолько мал, чтобы квантовые эффекты были существенными. Это достигается, если кинетическая энергия электрона заметно больше всех других энергетических масштабов: в первую очередь больше температуры, выраженной в энергетических единицах. Квантовые точки были впервые синтезированы в начале 1980-х годов Алексеем Екимовым в стеклянной матрице и Луи Е. Брусом в коллоидных растворах. Термин «квантовая точка» был предложен Марком Ридом.

    Энергетический спектр квантовой точки дискретен, а расстояние между стационарными уровнями энергии носителя заряда зависит от размера самой квантовой точки как — ħ/(2md^2 ), где:

    1. ħ — приведённая постоянная Планка;
    2. d — характерный размер точки;
    3. m — эффективная масса электрона на точке

    Если же говорить простым языком то квантовая точка — это полупроводник, электрические характеристики которого зависят от его размера и формы.


    Например, при переходе электрона на энергетический уровень ниже, испускается фотон; так как можно регулировать размер квантовой точки, то можно и изменять энергию испускаемого фотона, а значит, изменять цвет испускаемого квантовой точкой света.

    Типы квантовых точек


    Различают два типа:

    • эпитаксиальные квантовые точки;
    • коллоидные квантовые точки.

    По сути они названы так по методам их получения. Подробно говорить о них не буду в силу большого количества химических терминов (гугл в помощь). Добавлю только, что при помощи коллоидного синтеза можно получать нанокристаллы, покрытые слоем адсорбированных поверхностно-активных молекул. Таким образом, они растворимы в органических растворителях, после модификации — также в полярных растворителях.

    Конструкция квантовых точек


    Обычно квантовой точкой является кристалл полупроводника, в котором реализуются квантовые эффекты. Электрон в таком кристалле чувствует себя как в трех мерной потенциальной яме и имеет много стационарных уровней энергии. Соответственно при переходе с одного уровня на другой квантовой точкой может излучать фотон. При всем при этом переходами легко управлять меняя размеры кристалла. Возможно также перекинуть электрон на высокий энергетический уровень и получать излучение от перехода между более низколежащими уровнями и как следствия получаем люминесценцию. Собственно, именно наблюдение данного явления и послужило первым наблюдением квантовых точек.

    Теперь о дисплеях


    История полноценных дисплеев началась в феврале 2011 года, когда Samsung Electronics представили разработки полноцветного дисплея на основе квантовых точек QLED. Это был 4-х дюймовый дисплей управляемый активной матрицей, т.е. каждый цветной пиксель с квантовой точкой может включаться и выключаться тонкоплёночным транзистором.

    Для создания прототипа на кремневую плату наносят слой раствора квантовых точек и напыляется растворитель. После чего в слой квантовых точек запрессовывается резиновый штамп с гребенчатой поверхностью, отделяется и штампуется на стекло или гибкий пластик. Так осуществляется нанесение полосок квантовых точек на подложку. В цветных дисплеях каждый пиксель содержит красный, зелёный или синий субпиксель. Соответственно эти цвета используются с разной интенсивностью для получения как можно большего количества оттенков.

    Следующим шагом в развитии стала публикация статьи ученными из Индийского Института Науки в Бангалоре. Где было описаны квантовые точки которые люминесцируют не только оранжевым цветом, но и в диапазоне от темно-зеленого до красного.

    Чем ЖК хуже?


    Основное отличие QLED-дисплея от ЖК состоит в том, что вторые способны охватить только 20-30% цветового диапазона. Так же в телевизорах QLED отпадает необходимость в использовании слоя с светофильтрами, так как кристаллы при подаче на них напряжения излучают свет всегда с четко определенной длиной волны и как результат с одинаковым цветовым значением.


    Так же были новости о продаже компьютерного дисплея на квантовых точках в Китае. К сожалению, воочию проверить, в отличии от телевизора мне еще не довелось.

    P.S. Стоит отметь что область применения квантовых точек не ограничивается только LED — мониторами, помимо всего прочего они могут применяться, в полевых транзисторах, фотоэлементах, лазерных диодах, так же проходят исследование возможности применение их в медицине и квантовых вычислениях.

    P.P.S. Если же говорить о моем личном мнении, то я считаю, что ближайший десяток лет популярностью пользоваться они не будут, не из-за того, что мало известны, а потому, как цены на данные дисплеи заоблачные, но все же хочется надеяться, что квантовые точки найдут свое применение и в медицине, и буду использоваться не только для увеличения прибыли, но и в благих целях.
    Поделиться публикацией
    Ой, у вас баннер убежал!

    Ну. И что?
    Реклама
    Комментарии 23
    • +3
      Зачет.
      Лет 5 краем глаза читал рекламный булшит от самунга по квантовым точкам и только с этой статьёй все встало на свои места.
      И стало понятно откуда такая стоимость.
      Жк подсветка как правило разбита на крупные крадраты, а в эконом тв — вообще свотовод и диоды по периметру.
      А тут — ровное поле на весь задник. ДОРОХО-БОХАТО. Можно сильно дробить на участки эту подсветку и гасить ее полностью на темных сценах или димировать локально.
      Но Олед боюсь победит, квантовые точки получились промежуточным звеном между олед и простым жк
      • +1
        Если увеличат срок службы оледов, то да, победит. Если у меня смарт от силы час-полтора в день накручивает, а то и до такого не добирается, то тв часто куда больше. С другой стороны оледы уж очень прекрасно передают чёрный, что собственно и логично.
      • 0
        Непонятно чем обычный OLED хуже квантовых точек и чем вообще отличается?
        • +3
          В OLED цвет излучения определяется химическим составом полимера, в QLED цвет определяется физическими характеристиками вкраплений полупроводника. Основное преимущество, по сути, одно — органические полимеры не очень стойкие, и постепенно разрушаются. А для QLED-дисплеев используются твёрдые кристаллы с практически неограниченным сроком службы. Но дорого.
          • +1
            Отличное резюме, покрывающее разом кучу болтовни по теме. Большой спасиб.
          • 0
            Арр не могу найти статью, к сожалению, недавно читал. есть гибрид OLED и квантовых точек без ЖК слоя, там органику люминесцирующую, заменили на кремниевую, устранив главную точку деградации OLED.
          • +3
            А для чего на картинке слой «жидкие кристаллы»?
            В ЖК понятно — они открывают/закрывают определённые области светофильтра, тем самым задавая цвет пикселя, но тут он уже задан. Что эти «жидкие кристаллы» делают?
            • +2
              Это та-же ЖК-панель, только у каждого суб-пикселя индивидуальная подсветка своего цвета. А яркость регулируется по старинке, по углу поляризации в жидких кристаллах.
              • +2
                А яркость регулируется по старинке

                Вон как. А яркость самого суюбпикселя разве не проще менять?
                • +3
                  Как показывает практика с LED панелями, не проще :) В ЖК яркость пикселя управляются напряжением, а в точках, как и светодиодах — током, т.е. нужны более мощные и дорогие тонкоплёночные транзисторы.
                  • +1
                    Хм, а в OLED тогда как? Там же именно ток через светодиоды меняют. Причем без проблем получается это делать в очень широких пределах и на порядок быстрее чем с ЖК управляемым напряжением.

                    Или как раз из-за этого OLED и так дороги и мало распространены пока? Я просто думал, что в них основная сложность/дороговизна именно в самих светоизлучающих диодах, а не управлении ими.
                    • 0
                      Вы угадали. Это одна из причин, почему OLED-панель до сих пор стоит как фрагмент крыла самолёта аналогичной площади :)
            • –1
              Я так понимаю в ЖК-мониторах используются только три цвета (что в какой-то мере объясняет «треугольность спектра»). А в QD-LED больший спектр достигается использованием нескольких цветов точек? Или как-то по другому? Что мешает использовать другие светофильтры в обычных светодиодах, ведь в подсветка имеет практически сплошной спектр?
              • 0
                А в QD-LED больший спектр достигается использованием нескольких цветов точек? Или как-то по другому? Что мешает использовать другие светофильтры в обычных светодиодах, ведь в подсветка имеет практически сплошной спектр?

                Насколько я знаю пока нет светофильтров, с помощью которых можно было бы сильно улучшить цветопередачу. А в QD-LED вообще не используются светофильтр, как таковой, по сути мы видим не белый прошедший через фильтр, что само по себе ограничивает диапазон, а саму волну определенной длины (читай определенного цвета) сразу.
                • +1
                  Что мешает использовать другие светофильтры в обычных светодиодах, ведь в подсветка имеет практически сплошной спектр?


                  Подсветка имеет «практически сплошной спектр» только при использовании ламп накаливания.
                  ЛДС-ки и любые LED-ы — дают дискретный «псевдобелый» спектр.
                  • 0

                    Ну про треугольники вы загнули! Почитайте хотя бы тут и тут

                  • +1
                    Интересно, как обстоит дело с идентичностью характеристик и равномерностью деградации этих самых квантовых точек по всей площади дисплея? ИМХО, для обычных светофильтров этого добиться проще…
                    • 0
                      Автору на будущее. Пишется не P.S.S, а P.P.S.
                      • 0
                        Да, точно. Благодарствую, поправил.
                      • +1
                        Эм, а зачем держать QD постоянно on?!
                        Я всегда думал, что одно из достоинств QLED — без ЖК-технология, которая позволит делать гибкие диплеи, сворачивающиемся в трубочку и толщиной десятки микро всего навсего…
                        • +1
                          Судя по презентации от Samsung текущие «квантовые точки» даже источником света в экранах не являются. Я лишь работают в качестве улучшенного светофильтра в по сути обычном ЖК экране:
                          image
                          Там где обычный светофильтр поглощает свет других длин волн кроме нужной(все кроме нужного идет в тепло), квантовые точки поглощают свет одной длины волны и переизлучают его на другой длине волны.
                          Что позволяет немного увеличить эффективность и получить более чистые базовые цвета. А подсветка по старинке на обычных светодиодах, а яркость отдельных пикселей — обычными ЖК ячейками (*VA или PS) и поляризационными пленками.
                          • +1
                            Всё интереснее и интереснее…
                            Зато название — мечта маркетологов: «квантовые точки»
                            • 0
                              К слову я ещё в начале статьи написал, что это всего лишь маркетинг, и нечего более, по крайней мере у самсунга, ибо за китайские мониторы ничего сказать не могу.

                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                          Самое читаемое