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 — h/(2md^2 ), где:
- h — приведённая постоянная Планка;
- d — характерный размер точки;
- 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
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.
Комментарии (19)
HOMPAIN
05.12.2016 02:43Непонятно чем обычный OLED хуже квантовых точек и чем вообще отличается?
DrPass
05.12.2016 04:19+3В 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.
NotDead
07.12.2016 13:57Арр 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.
ploop
05.12.2016 08:28+3А 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?maxpsyhos
05.12.2016 08:42+2Это та-же ЖК-панель, только у каждого суб-пикселя индивидуальная подсветка своего цвета. А яркость регулируется по старинке, по углу поляризации в жидких кристаллах.
ploop
05.12.2016 09:24+2А яркость регулируется по старинке
Вон как. А яркость самого суюбпикселя разве не проще менять?maxpsyhos
05.12.2016 09:59+3Как 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.
Mad__Max
14.12.2016 18:15+1Хм, 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.
batosan
06.12.2016 09:00-1Я 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?
den_golub
06.12.2016 09:12А 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.
aso
06.12.2016 18:26+1Что 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.
ant12345
06.12.2016 18:27+1Интересно, как обстоит дело с идентичностью характеристик и равномерностью деградации этих самых квантовых точек по всей площади дисплея? ИМХО, для обычных светофильтров этого добиться проще…
Tiberius
08.12.2016 19:46+1Эм, 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…
Mad__Max
14.12.2016 19:52+1Судя 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:
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.
Nizametdinov
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
AxisPod
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.