양자 도트 표시

Quantum dot display
자외선을 조사하는 콜로이드 양자 도트.크기가 다른 양자 점은 양자 구속으로 인해 다른 색상의 빛을 방출합니다.

퀀텀닷 디스플레이는 순수 단색의[a] 적·녹·청색 빛을 낼 수 있는 퀀텀닷(QD), 반도체 나노크리스탈을 이용한 디스플레이 소자다.

LCD 백라이트 및/또는 디스플레이 컬러 필터에는 발광 양자 도트 입자가 사용됩니다.퀀텀 닷은 디스플레이 패널의 푸른 빛에 의해 들뜨고 순수한 기본색을 발합니다.이것에 의해, 컬러 필터의 광손실과 색크로스톡을 저감 해, 디스플레이의 휘도와 색역을 향상시킵니다.빛은 QD층 필름과 색소로 만들어진 기존 RGB 필터를 통과하거나 빨간색/녹색 QD 색 변환기와 파란색 패스스루를 갖춘 QD 필터를 통과합니다.QD 컬러 필터 기술은 주로 LED 백라이트 LCD에 사용되지만 파란색/UV AMOLED/QNED/마이크로LED 디스플레이 [1][2][3]패널 등 컬러 필터를 사용하는 다른 디스플레이 기술에 적용됩니다.QD 컬러 필터가 적용된 파란색 OLED 패널이 연구되고 있지만 발광 양자 도트는 LED 백라이트 액정표시장치(LCD)가 주 응용 분야다.

전기 발광 또는 일렉트로루미네센스 양자 도트 디스플레이는 양자 도트 발광 다이오드(QD-LED, ELQD, QDE)에 기반한 실험적인 디스플레이 유형입니다.이들 디스플레이는 무기 나노 입자에 전류를 흘려 각 픽셀에서 직접 빛을 내는 능동 매트릭스 유기발광다이오드(AMOLED)나 마이크로LED 디스플레이와 유사하다.제조업체들은 QD-LED 디스플레이가 크고 유연한 디스플레이를 지원할 수 있고 OLED만큼 쉽게 열화되지 않을 것이라고 주장하여 평면 TV 화면, 디지털 카메라, 휴대폰 및 휴대용 [4][5][6]게임기에 적합한 후보 제품이다.

2016년 6월 현재 QLED 브랜드 LCD TV를 비롯한 모든 상용 제품은 양자 도트를 발광 입자로 사용하고 있으며, 전기 발광 QD-LED TV는 실험실에만 [7][8]존재합니다.

퀀텀 도트 디스플레이는, 보다 넓은 색역을 표시할 수 있습니다.[9][10][11]일부 디바이스는, BT.2020 의 색역을 거의 완전하게 커버하고 있습니다.QD-OLED와 QD-LED 디스플레이는 LED 백라이트 LCD와 달리 '완벽한' 블랙 레벨로 OLED/마이크로LED 디스플레이와 같은 콘트라스트를 달성할 수 있다.

작동 원리

삼성 QLED TV 8K - 75인치

양자점을 광원으로 사용하는 아이디어는 1990년대에 등장했다.초기 응용 분야에는 QD 적외선 광검출기, 발광 다이오드 및 단색 발광 [12]장치를 사용한 이미징이 포함되었습니다.2000년대 초부터 과학자들은 광원과 [13]디스플레이용 양자점 개발의 가능성을 깨닫기 시작했다.

QD는 광발광(광발광) 또는 전기발광(전기발광) 중 하나로 새로운 발광 디스플레이 [14]아키텍처에 쉽게 통합할 수 있습니다.양자 입자 자연스럽게, 덜 때 색과 허용하는 레크리에이션. 2020년 색 영역 거의 100%에 도달 더 채도가 높은 색깔들 필터링 된 하얀 광원보다 효율성 있는 단색 빛을 만들어 내.[10][11][9]

퀀텀 도트 향상 계층

가 널리 실용적인 애플리케이션 LCDTVLED백 라이트 조명을 개선하기 위해 양자점 향상 영화(QDEF)계층을 사용하고 있다.그래서 파란 색, 초록색과 붉은 빛의 이 결합은 LCD화면 후에 색 필터에 청록 색 누화와 빛 흡수 부담 빛은 파란 LED백 라이트에서 QDs에 의해 상대적으로 순수하고 녹색 빨간 색에, 눈에 더 좋은 색 영역을 제공하는 유용한 빛 처리량 증가하고 변환됩니다.

이런 종류의 첫번째 제조 업체 TV선적을 지핀 업체는 소니 2013년 Triluminos, 기술에 대한 소니의 상표로.[15]소비자 제품 박람회 2015년에서 삼성 전자 LG전자, TCL 공사와 소니 QD-enhanced LED-backlighting LCDTV의 보여 주었다.[16][17][18]''QLED는 CES2017년에서 삼성:4월 2017년 후 삼성 및 마케팅 QD-enhanced TV을 생산하여 QLED 동맹 Hisense과 TCL으로 형성된 그들의 'SUHD의 TV 새롭게 재편된다.[19][20]

QDOG(Quantum Dot on Glass)는 QD필름을 LGP(Light-Guide Plate) 위에 코팅된 얇은 QD층으로 대체하여 비용을 절감하고 효율성을 [21][22]향상시킵니다.

높은 [23][24]작동 온도는 수명에 부정적인 영향을 미치지만 온칩 또는 온레일 적-녹색 QD 구조의 파란색 LED를 사용하는 기존의 흰색 LED 백라이트를 연구 중입니다.

퀀텀닷 컬러 컨버터

QD Color Converter (QDCC) LED 백라이트 LCD에서는 QD 필름 또는 QD 레이어에 빨간색/녹색 서브픽셀 패턴(즉, 빨간색 및 녹색 서브픽셀과 정확하게 일치하도록 정렬됨)을 사용하여 순수한 빨간색/녹색 서브픽셀을 투과할 수 있습니다.파란색 서브픽셀은 순수한 LED를 통과할 수 있습니다.UV-LED 백라이트의 경우 도트가 표시됩니다.이 구성은 통과광의 2/3을 걸러냄으로써 상당한 손실을 초래하는 패시브 컬러 필터를 효과적으로 광방사성 QD 구조로 대체하고 전력 효율 및/또는 피크 밝기를 개선하며 색순도를 [23][25][26]높입니다.양자점은 빛을 감광시키기 때문에 출력 편광자(아나라이저)는 컬러 컨버터 뒤쪽으로 이동하여 LCD 글라스의 셀에 삽입해야 합니다.이렇게 하면 시야각도 향상됩니다.분석기 및/또는 편광자의 세포 내 배치도 LC 층의 탈분극 효과를 감소시켜 조영비를 증가시킨다.QD 필름의 자기 들뜸을 줄이고 효율성을 높이기 위해 기존의 컬러 필터를 사용하여 주변 빛을 차단할 수 있으며 반사 편광기는 QDCC에서 뷰어로 빛을 보낼 수 있습니다.액정층에는 청색이나 자외선만 통과하기 때문에 얇아질 수 있어 픽셀 응답 시간이 [25][27]빨라집니다.

나노시스는 2017년에 광방출 컬러 컨버터 기술을 발표했으며, 2019년에는 상용 제품이 나올 것으로 예상되었지만, 세포 내 편광자는 여전히 [28][19][29][30][31][32][33][34][35]큰 과제였습니다.2019년 12월 현재 인셀 편광자 문제는 해결되지 않았고 이후 [36]QD 컬러 컨버터를 탑재한 LCD는 시장에 나오지 않았다.

QD 색변환기는 OLED나 마이크로 LED 패널과 함께 사용할 수 있어 효율과 [21][35][37][38]색역을 개선했다.청색 발광체와 적녹색 변환기를 탑재한 QD-OLED 패널은 삼성과 TCL이 연구 중이며,[39][40][41][42][43][44] 2019년 5월 현재 2021년부터 생산을 시작할 예정이다.삼성디스플레이는 2019~2025년 [45][46][47][48]8G 패널 공장을 QD-OLED 생산으로 전환하는 것을 목표로 2019년 10월 연구와 생산에 모두 108억 달러를 투자한다고 발표했다.삼성디스플레이는 CES 2022에서 55인치와 65인치 QD-OLED 패널을 선보였으며,[49] 삼성전자와 소니의 TV는 2022년 후반에 출시될 예정이다.QD-OLED 디스플레이는 최대 밝기 1500니트로 Rec.2020 색역의 90%를 커버하는 등 색량이 좋아졌고, 기존 OLED와 LCD TV는 Rec.2020 색역의 70~75%(DCI-P3의 [50][51][52]95~100%)를 커버하고 있다.

QD-OLED 디스플레이는 청색 OLED 층을 InGaN/GaN 청색 나노로드 LED로 대체하는 양자 도트 나노로드 발광 다이오드(QNED) 디스플레이다[53].나노로드는 평면 발광다이오드(LED)에 비해 발광면이 커 효율을 높이고 발광량을 높인다.나노로드 용액을 기판상에 잉크 인쇄한 후 전류에 의해 서브픽셀을 제자리에 배치하고 빨간색/녹색 서브픽셀 [54][55]위에 QD 컬러 컨버터를 배치한다.삼성디스플레이는 [56]2021년부터 QNED 패널 시험생산을 시작한다.[53]

자기방출 양자점 다이오드

참고 항목: AMOLED, 마이크로LED 및 LED 디스플레이

자기발광 양자점 디스플레이는 액티브 매트릭스 또는 패시브 매트릭스 어레이 중 하나로 배열된 양자점 기반 LED(QD-LED 또는 QLED)로서 기능하는 일렉트로루미네센스 QD 나노 입자를 사용합니다.이러한 QLED 디스플레이는, 조명에 별도의 LED 백라이트와 TFT LCD를 필요로 하지 않고, 각각의 컬러 서브 [57]픽셀이 방출하는 빛을 네이티브로 제어하기 때문에, 액정층을 배제하는 것으로써, 픽셀 응답 시간을 큰폭으로 단축할 수 있습니다.이 기술은 진정한 QLED 디스플레이,[58] 일렉트로루미네센스 양자점(ELQD, QDLE, QDEL, EL-QLED)[59][60]이라고도 불린다.

QD-LED의 구조는 OLED의 기본 디자인과 유사하다.가장 큰 차이점은 발광 소자가 카드뮴 셀레나이드(CdSe) 나노 결정과 같은 양자 점이라는 것이다.전자수송 및 정공수송 유기물질 층 사이에 양자 닷 층이 끼워져 있다.인가된 전계는 전자와 홀을 양자 닷 층으로 이동시키고, 양자 닷에서 포착되어 재결합하여 [13][61]광자를 방출합니다.QD-LED의 실증된 색역은 LCD와 OLED 디스플레이 [10][11][9]기술의 성능을 모두 능가합니다.

잉크젯 인쇄를 이용한 액티브 매트릭스 QLED 디스플레이의 양산은 2020-2021년에 시작될 [62][63][64][34][35]것으로 예상됩니다.인화인듐(인화인듐) 잉크젯 용액은 환경에 [65]영향을 미쳐 조명 용도로 사용할 수 없어 나노시스, 나노코, 나노포토니카, OSRAM OLED, 프라운호퍼 IAP, 머크, 서울대 [33][66][67]등이 연구하고 있다.2019년 현재 InP 기반 소재는 [68]수명이 한정돼 아직 상용 생산 준비가 되지 않았다.

양자 점의 광학 특성

QD의 성능은 QD 구조의 크기 및/또는 구성에 따라 결정됩니다.단순한 원자 구조와 달리, 양자 점 구조는 에너지 수준이 구조의 크기에 크게 좌우된다는 특이한 특성을 가지고 있습니다.예를 들어 CdSe 양자 도트 발광은 빨간색(직경 5nm)에서 보라색 영역(1.5nm 도트)으로 조정할 수 있습니다.QD 착색에 대한 물리적 이유는 양자 구속 효과이며 에너지 수준과 직접 관련이 있습니다.형광등의 에너지(및 색상)를 결정하는 밴드갭 에너지는 양자 점 크기의 제곱에 반비례합니다.QD가 클수록 간격이 긴 에너지 레벨이 높아지기 때문에 QD는 낮은 에너지(빨간색)의 광자를 방출(또는 흡수)할 수 있습니다.즉, 반도체 들뜸을 더 작은 [69]부피로 제한하기 위해 더 큰 에너지가 필요하기 때문에 도트 크기가 감소함에 따라 방출된 광자 에너지가 증가한다.

새로운 양자 도트 구조는 카드뮴 대신 인듐을 사용합니다. 인듐은 유럽 위원회의 RoHS 명령에 [23][70]의해 조명 사용이 면제되지 않으며 카드뮴의 독성 때문이기도 합니다.

QD-LED는 대역폭이 좁은 순수 및 포화 발광색을 특징으로 하며, FWHM(최대 반폭)은 20~[13][25]40 nm입니다.그들의 방출 파장은 양자 점의 크기를 바꿈으로써 쉽게 조정된다.또한, QD-LED는 우수한 색순도와 내구성을 제공하며, 동급 유기 발광 소자의 효율성, 유연성 및 낮은 처리 비용을 제공합니다.QD-LED 구조는 460nm(파란색)~650nm(빨간색)의 가시 파장 전체에 걸쳐 튜닝할 수 있습니다(인간의 눈은 380~750nm의 빛을 감지할 수 있습니다).QD의 화학적 성분과 장치 [71][72]구조를 맞춤 제작하여 방출 파장을 UV 및 NIR 범위로 지속적으로 확대하였습니다.

제조 프로세스

양자 도트는 용액 가공이 가능하며 습식 가공 기술에 적합합니다.QD-LED의 2가지 주요 제조방법은 상분리 [73]및 컨택프린트라고 불립니다.

상분리

위상분리는 넓은 면적의 QD 단층 형성에 적합합니다.TPD(N, Nn-Bis(3-메틸페닐)-N, N--디페닐벤지딘) 등의 유기반도체와 혼합용액을 스핀주조하여 단일 QD층을 형성한다.이 프로세스에서는 동시에 QD 단층층이 육각형으로 밀착된 어레이로 자체 조립되어 이 단층층이 공탁 접점 위에 배치됩니다.용제 건조 중에 QD는 유기 하층 재료(TPD)에서 분리되어 필름 표면을 향해 상승합니다.결과적으로 발생하는 QD 구조는 용액 농도, 용매 비율, QD 크기 분포 및 QD 애스펙트 비 등 많은 매개변수에 의해 영향을 받습니다.또한 QD 용액과 유기 용제의 [74]순도도도 중요합니다.

위상 분리는 비교적 간단하지만 디스플레이 장치 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.스핀캐스팅에서는 서로 다른 크기의 QD(RGB)의 가로 방향 패턴을 사용할 수 없기 때문에 위상 분리는 멀티컬러 QD-LED를 만들 수 없습니다.또한 QD-LED에는 유기 언더레이어 재료를 사용하는 것이 이상적이지 않습니다.유기 언더레이어는 균질해야 합니다.이것은 적용 가능한 디바이스 설계의 수를 제한하는 제약 조건입니다.

연락처 인쇄

QD 박막 형성을 위한 접점 인쇄 공정은 용제가 없는 수성 현탁 방식으로, 단순하고 비용 효율적이며 높은 처리량을 자랑합니다.이 과정에서 장치 구조는 용제에 노출되지 않습니다.QD-LED 구조의 전하 수송층은 용매에 민감한 유기 박막이기 때문에 공정 중 용매를 피하는 것이 큰 장점이다.이 방법은 1000ppi([11]픽셀/인치) 해상도의 RGB 패턴 일렉트로루미네센스 구조를 만들 수 있다.

연락처 인쇄의 전체 프로세스:

  • 폴리디메틸실록산(PDMS)은 실리콘 마스터를 사용하여 성형된다.
  • 생성된 PDMS 스탬프의 윗면은 화학증착(CVD) 방향족 유기 폴리머인 파릴렌-c의 박막으로 코팅된다.
  • 유기용매에 [contradictory]현탁된 콜로이드 QD용액의 스핀주조를 통해 파릴렌C 코팅 스탬프를 잉크한다.
  • 용제가 증발한 후 형성된 QD 단분자층이 접촉인쇄에 의해 기판에 전사된다.

양자 도트 배열은 스핀 주조라고 불리는 공정에서 자체 조립에 의해 제조됩니다. 유기 물질에 있는 양자 도트 용액을 기판 위에 붓고, 그 용액이 고르게 퍼지도록 세팅됩니다.

콘택트 인쇄에 의해, 멀티 컬러의 QD-LED를 제작할 수 있습니다.QD-LED는 빨간색, 녹색 및 파란색 QD 단분자로 이루어진 25μm 폭의 줄무늬로 구성된 방사층을 사용하여 제작되었습니다.또, 컨택 인쇄 방법에 의해서, 필요한 QD의 양을 최소한으로 억제해, [11]코스트를 삭감할 수 있습니다.

비교

나노 결정 디스플레이는 백라이트가 필요 없기 때문에 LCD보다 30~50% 적은 전력을 사용하면서도 가시 스펙트럼을 30%나 증가시킬 수 있습니다.QD LED는 CRT 및 LC 디스플레이보다 50~100배 밝아 40,000니트(cd/m2)를 방출합니다.QD는 수성 용제와 비수성 용제 모두에 분산되어 있어 대형 TV를 포함한 모든 크기의 인쇄 가능하고 유연한 디스플레이를 제공합니다.QD는 무기물이므로 OLED에 비해 수명이 향상될 가능성이 있습니다(다만, QD-LED의 많은 부분이 유기 재료로 만들어지기 때문에 기능 수명을 개선하기 위해서는 추가 개발이 필요합니다).OLED 디스플레이 외에도 픽앤플레이스 마이크로LED 디스플레이가 나노결정 디스플레이의 경쟁 기술로 떠오르고 있다.삼성은 100만 [75]시간의 수명을 가진 자기방출형 퀀텀닷 다이오드를 만드는 방법을 개발했다.

다른 장점으로는 포화도가 높은 녹색 색상, 폴리머 제조성, 얇은 디스플레이, 동일한 소재를 사용하여 다른 색상을 생성할 수 있다는 점이 있습니다.

한 가지 단점은 파란색 양자 점이 최소 크기보다 약간 높기 때문에 반응 중에 매우 정밀한 타이밍 제어가 필요하다는 것입니다.햇빛은 전체 스펙트럼에 걸쳐 적색, 녹색 및 청색의 거의 동일한 광도를 포함하므로, 표시장치는 CIE 표준 광원 D65에서 정의한 순수한 백색에 도달하기 위해 적색, 녹색 및 청색의 대략적인 광도를 생성해야 한다.다만, 디스플레이의 청색 컴포넌트는, CIE 휘도 기능에 의하면, 사람의 눈은 주광 조건에서는 청색에 대해서 3~5배 덜 민감하기 때문에, 녹색이나 적색에 비해 상대적으로 낮은 색순도 및/또는 정밀도(다이내믹 레인지)를 가질 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 지정된 대역폭까지, 이는 양자 닷의 분산 함수입니다.

레퍼런스

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