量子点技术
光信息51
金诚挚
量子点介绍 量子点原理 量子点应用 几种显示技术的对比
量子点技术的简要介绍
量子点是指半径小于或接近于激子玻尔半径的半导体纳米 晶粒，一般是由数百到数万个原子组成的原子簇。
量子点最广泛的定义就是零维量子系统, 即在所有三个空 间维度上都受到限制的系统.量子点可视为电子物质波的 共振腔，电子在量子点内会有类似电磁波在一般共振腔中 的共振现象。这个限制导致最直接以及最重要的结果就是 分立的能级, 即量子点中电子的能量是量子化的.
第一代量子点显示：光制发光技术
蓝色LED光源作为 背光源，照射直径 不同的红色和绿色 量子点，发出RGB 三原色
红色量子点 绿色量子点
蓝色LED
红色光 绿色光 蓝色光
第二代量子点显示：电制发光技术
所谓“电致发光”是说在这种材料通上电流就可 以直接发光，应用在液晶显示设备上的话就不需 要背光源和彩色滤光片。由于量子点是无机材料， 它不仅稳定性更好，也可以实现柔性显示甚至印 刷显示，拥有非常广阔的应用前景。目前这项技 术还处于实验室阶段，预计3-5年时间就可以开始 逐步走出实验室开始商业化应用的尝试。
红色量子点 电场 绿色量子点
红色光
绿色光
蓝色光
蓝ห้องสมุดไป่ตู้量子点
几种显示技术的对比
显示器 材质 CRT 显示器
高对比度 高响应速度 使用寿命长 色域宽 颜色响应准确
LCD 显示器
工作电压低、功耗小 可视面积大 抗干扰能力强 画面稳定不闪烁 可以制成各种大小和 形状
量子点 显示器
单色光纯度高 色彩艳丽 发光效率高，节能 黑暗画面显示细节的 能力强 无机发光材料，寿命 长 成本高昂，价格贵 含有致癌物质可能危 害健康
容易发现量子点越小能级 差越大，发出的荧光波长 越短.右图为不同直径的硒化
镉量子点发出的不同颜色的光。
量子点的应用
荧光标记 量子点显示
量子点激光器
量子点照明技术 ………………
量子点电视
量子点电视是应用了量 子点发光技术的电视。如前 所述,通过精准控制量子点 颗粒大小及其分布,就能精 准控制量子点所发出光的颜 色和纯度。
自底向上式合成
通过化学合成, 分子或原子的自组装制造出 来的量子点，尺寸通常为 2nm-10nm. 这类方式 可以廉价地规模化地得到量子点.这类量子点最 大的应用是发出荧光.
自上向下式刻蚀
从高维材料出发, 通过光刻或蚀刻等手段将 其限制为低维量子点. 这类量子点通常为半导体 器件, 尺寸相较于之前的量子点较大, 通常为 50nm-100nm.
优点
缺点
体积大、重量大 功耗较大 运作时会释出少量X射 线，有辐射 易受外来磁场干扰而 出现色斑
显示色域不够宽 颜色重现不够逼真 响应速度偏低 使用时的寿命不及CRT
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文本
量子点发光原理
量子尺寸效应
量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米 能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的 现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时， 导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料 有显著的不同。
20世纪60年代，久保（Kubo）采用一电子模型求得金 属纳米晶粒的能级间距δ为：δ=4Ef/3N
对大粒子或宏观物体导电电子数N→∞，能级间距δ几 乎为零；而对纳米粒子，所包含原子数有限，N值很小， 这就导致δ有一定的值，即能级间距发生分裂。 当能级间距大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子 能量或超导态的凝聚能时，必须考虑量子尺寸效应。
由于量子点的能级是分立的, 电子在这些能级之间跃迁将 会发出特定波长的光.量子点分立能级的间距是由量子点 的大小决定 类比量子力学系统中无限深势阱, 其能级En随势阱宽度D 的变化为
量子点发出的光谱极为狭窄，单色纯度更高，能产生更 丰富的色彩。量子点白光背光源和传统白光背光源相比，红、 绿、蓝三原色的色纯度很高，在光谱图中看就是有三个非常 明显的”峰“，而不是普通LED背光源那样是一片平坦而连 续的白光。理论上量子点显示屏的色彩还原度可以达到100%. 下面左图为普通LED显示器的白光光谱，右图为量子点 显示器的白光光谱