کوانٹم ڈاٹ ڈسپلے (QLED) کیا ہے؟
Dec 09, 2021
کوانٹم ڈاٹس کیا ہیں؟
1.1 تصور
کوانٹم ڈاٹس سیمی کنڈکٹر نانو اسٹرکچرز ہیں جو ایکزٹون کو تین مقامی سمتوں میں باندھتے ہیں۔ کوانٹم ڈاٹس ایک اہم کم جہتی سیمی کنڈکٹر مواد ہیں، اور ان کی تین جہتیں متعلقہ سیمی کنڈکٹر مواد کے ایکسائٹن بوہر رداس (1-10nm) سے دوگنا زیادہ نہیں ہیں۔
کوانٹم نقطے عام طور پر کروی یا نیم کروی ہوتے ہیں، اور ان کا قطر اکثر 2-20 nm کے درمیان ہوتا ہے، جب کہ ہمارے بالوں کا قطر تقریباً 100,000 nm (100 μm) ہوتا ہے۔
1.2 خصوصیات
کوانٹم ڈاٹس نینو لیول کے سیمی کنڈکٹرز ہیں۔ اس نینو سیمی کنڈکٹر مواد پر ایک مخصوص الیکٹرک فیلڈ یا ہلکا دباؤ لگانے سے، وہ ایک مخصوص فریکوئنسی کی روشنی خارج کریں گے، اور خارج ہونے والی روشنی کی فریکوئنسی اس سیمی کنڈکٹر کے سائز کے ساتھ بدل جائے گی۔ اس لیے اس نینو سیمی کنڈکٹر کے سائز کو ایڈجسٹ کرکے خارج ہونے والی روشنی کے رنگ کو کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ چونکہ اس نینو سیمی کنڈکٹر میں الیکٹران اور الیکٹران ہولز (الیکٹران ہول) کو محدود کرنے کی خصوصیت ہے، اس لیے یہ خصوصیت فطرت میں ایٹموں یا مالیکیولز کی طرح ہے۔ ، اس طرح کوانٹم ڈاٹس کہا جاتا ہے۔
کوانٹم نقطے سیمی کنڈکٹر نینو کرسٹلز ہیں۔ جب ان کے ذرات کا سائز ایکسائٹن کے بوہر رداس سے چھوٹا ہوتا ہے، تو الیکٹرانوں کا اوسط آزاد راستہ ایک چھوٹی رینج تک محدود ہوتا ہے، اور سوراخوں کے ساتھ ایکسائٹن جوڑے بنانا آسان ہوتا ہے۔ الیکٹرانوں اور سوراخوں کے لہر کے افعال اوورلیپ ہو جاتے ہیں، جس کے نتیجے میں ایکزائٹن جذب بینڈ ہوتا ہے۔ کوانٹم ڈاٹ کا سائز جتنا چھوٹا ہوگا، ایکزٹون بننے کا امکان اتنا ہی زیادہ ہوگا اور ایکزٹون کا ارتکاز بھی اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ اس اثر کو کوانٹم قید اثر کہا جاتا ہے۔ کوانٹم نقطوں کا کوانٹم قید اثر اس کی نظری کارکردگی کو روایتی سیمی کنڈکٹر مواد سے مختلف بناتا ہے۔ اس کا انرجی بینڈ ڈھانچہ کنڈکشن بینڈ کے نچلے حصے کے قریب کچھ ایکزائٹن انرجی لیول بناتا ہے، جس کے نتیجے میں ایکزٹون جذب بینڈ بنتے ہیں، اور ایکزٹون کا دوبارہ ملاپ فلوروسینس تابکاری پیدا کرے گا۔ کوانٹم نقطوں کا سائز مختلف ہے، الیکٹران اور سوراخ کوانٹم کی حد تک مختلف ہیں، اور ان کی مجرد توانائی کی سطح کے ڈھانچے بھی مختلف ہیں۔
جیسے جیسے ذرات کا سائز کم ہوتا ہے، الیکٹران اور سوراخ کی قید کی ڈگری بڑھ جاتی ہے، جس کے نتیجے میں دونوں کی حرکی توانائی میں اضافہ ہوتا ہے، یعنی کوانٹم کی قید توانائی میں اضافہ، اور کوانٹم ڈاٹ کا موثر بینڈ گیپ چوڑا ہوتا ہے، اور اسی جذب اور اخراج کا سپیکٹرا بلیو شفٹ ہوتا ہے، اور سائز جتنا چھوٹا ہوتا ہے، نیلی شفٹ اتنی ہی زیادہ ہوتی ہے۔ لہذا، کوانٹم نقطوں کے سائز کو ایڈجسٹ کرکے، کوانٹم نقطوں کے اخراج کے سپیکٹرم کو ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے۔
کوانٹم ڈاٹ کی توانائی کی سطح کوانٹم قید اثر کی وجہ سے تقسیم ہو جاتی ہے، اور نینو کرسٹل کے سائز میں کمی کے ساتھ سیمی کنڈکٹر بینڈ گیپ بڑھ جاتا ہے۔
کوانٹم نقطوں کی اہم خصوصیات
1.3 تیاری
1.3.1 مواد
عام کوانٹم ڈاٹس IV، II-VI، IV-VI یا III-V عناصر پر مشتمل ہوتے ہیں۔ مخصوص مثالیں سلکان کوانٹم ڈاٹس، جرمینیئم کوانٹم ڈاٹس، کیڈمیم سلفائیڈ کوانٹم ڈاٹس، کیڈمیم سیلینائیڈ کوانٹم ڈاٹس، کیڈمیم ٹیلورائیڈ کوانٹم ڈاٹس، زنک سیلینائیڈ کوانٹم ڈاٹس، لیڈ سلفائیڈ کوانٹم ڈاٹس، لیڈ سلفائیڈ کوانٹم ڈاٹس، لیڈ سیلینائیڈ ڈونٹم انکوانٹم ڈاٹس، ڈومینٹم انکوانٹم ڈاٹس نقطے، وغیرہ
فی الحال استعمال ہونے والے کوانٹم ڈاٹ مواد میں بنیادی طور پر کیڈمیم سیلینائیڈ (سی ڈی ایس) سیریز اور انڈیم فاسفائیڈ (آئی این پی) سیریز شامل ہیں۔ سابقہ بنیادی طور پر QD Vision کے ذریعے استعمال کیا جاتا ہے، مؤخر الذکر بنیادی طور پر Nanoco کے ذریعے استعمال ہوتا ہے، اور Nanosys انڈیم فاسفائیڈ اور کیڈمیم ہائبرڈ کوانٹم ڈاٹس استعمال کرتا ہے۔ منصوبہ دو قسم کے کوانٹم ڈاٹس کے اپنے فوائد اور نقصانات ہیں۔ Cadmium selenide اعلی برائٹ کارکردگی اور وسیع رنگ کے پہلوؤں سے بہتر ہے۔ انڈیم فاسفائیڈ میں کیڈمیم نہیں ہوتا ہے اور EU ROHS معیار کے مطابق اس پر پابندی نہیں ہے۔
1.3.2 تیاری کا طریقہ
کوانٹم ڈاٹس کی تیاری کے طریقوں کو تقریباً تین اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: کیمیائی محلول کی ترقی کا طریقہ، ایپیٹیکسیل گروتھ کا طریقہ، اور برقی میدان کی قید کا طریقہ۔ یہ تین قسم کے مینوفیکچرنگ کے طریقے تین مختلف قسم کے کوانٹم ڈاٹس سے بھی مطابقت رکھتے ہیں۔
کیمیائی حل کی ترقی
1993 میں، میساچوسٹس انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی کے پروفیسر باوندی کی قیادت میں ایک تحقیقی ٹیم نے پہلی بار نامیاتی محلول میں یکساں سائز کے کوانٹم ڈاٹس کی ترکیب کی۔ انہوں نے تین آکسیجن عناصر (سلفر، سیلینیم، اور ٹیلوریم) کو ٹرائی این اوکٹائل فاسفائن آکسائیڈ میں تحلیل کیا، اور پھر اسی کوانٹم ڈاٹ مواد (کیڈیم سو آئیڈیم) کو پیدا کرنے کے لیے 200 سے 300 ڈگری سیلسیس پر نامیاتی محلول میں ڈائمتھائل کیڈمیم کے ساتھ رد عمل ظاہر کیا۔ , Cadmium selenide, cadmium teleuride)۔ اس کے بعد لوگوں نے اس طریقے کی بنیاد پر کولائیڈل کوانٹم ڈاٹس کی ترکیب کے کئی طریقے ایجاد کیے۔ زیادہ تر سیمی کنڈکٹر مواد کو کیمیکل حل کی نشوونما کے طریقوں سے اسی کوانٹم نقطوں کو تیار کرنے کے لئے ترکیب کیا جاسکتا ہے۔
کولائیڈل کوانٹم ڈاٹس میں کم پیداواری لاگت، زیادہ پیداوار، اور اعلیٰ برائٹ کارکردگی (خاص طور پر مرئی اور الٹرا وایلیٹ بینڈز میں) کے فوائد ہیں۔ لیکن نقصان یہ ہے کہ چالکتا انتہائی کم ہے۔ چونکہ پیداواری عمل کے دوران کوانٹم نقطوں کی سطح پر نامیاتی لیگنڈز پیدا ہوتے ہیں، اس لیے کوانٹم نقطوں کے درمیان وین ڈیر والز کی کشش محلول میں اس کے استحکام کو برقرار رکھنے کے لیے آفسیٹ ہوتی ہے۔ لیکن نامیاتی لیگنڈس کی یہ تہہ کوانٹم ڈاٹس کے درمیان چارجز کی منتقلی میں بہت زیادہ رکاوٹ ہے۔ یہ شمسی خلیوں اور دیگر اجزاء میں نینو کرسٹلز کے استعمال کو بہت کم کر دیتا ہے۔ سائنسدانوں نے اس مواد میں برقی چارجز کی چالکتا بڑھانے کے لیے مختلف طریقے آزمائے ہیں۔ نمائندہ طور پر، 2003 میں، شکاگو یونیورسٹی کے پروفیسر گیوٹ-سیونسٹ نے اصل لمبی زنجیر والے آرگینک لیگنڈز کو مختصر چین والے امینو مرکبات سے تبدیل کیا، کوانٹم ڈاٹ اسپیسنگ کو کم کیا، اور الیکٹرو کیم کے ذریعے کوانٹم ڈاٹس میں بڑی تعداد میں الیکٹران لگائے۔ اندر، چالکتا 0.01S/سینٹی میٹر تک بڑھ گئی ہے۔
epitaxial ترقی
ایپیٹیکسیل نمو کا طریقہ ذیلی مواد پر نئے کرسٹل کی نشوونما سے مراد ہے۔ اگر کرسٹل کافی چھوٹے ہوں گے تو کوانٹم ڈاٹس بنیں گے۔ مختلف نمو کے طریقہ کار کے مطابق، اس طریقہ کو کیمیائی بخارات جمع کرنے اور مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔
اس طریقے سے اگائے جانے والے کوانٹم نقطے دوسری قسم کے سیمی کنڈکٹر پر بڑھتے ہیں اور روایتی سیمی کنڈکٹر آلات کے ساتھ آسانی سے مل جاتے ہیں۔ اس کے علاوہ، چونکہ کوئی نامیاتی لیگنڈز نہیں ہیں، اس لیے ایپیٹیکسیل کوانٹم ڈاٹس کی چارج ٹرانسفر کی کارکردگی کولائیڈل کوانٹم ڈاٹس سے زیادہ ہے، اور کولیائیڈل کوانٹم ڈاٹس کے مقابلے میں توانائی کی سطح کو کنٹرول کرنا آسان ہے۔ ایک ہی وقت میں، اس میں کم سطحی نقائص کے فوائد بھی ہیں۔ تاہم، چونکہ کیمیائی بخارات جمع کرنے اور مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی دونوں کو ہائی ویکیوم یا الٹرا ہائی ویکیوم کی ضرورت ہوتی ہے، اس لیے ایپیٹیکسیل کوانٹم ڈاٹس کی قیمت کولائیڈل کوانٹم ڈاٹس سے زیادہ ہے۔
الیکٹرک فیلڈ کی قید کا طریقہ
الیکٹرک فیلڈ کی قید کے طریقہ کار سے مراد دھاتی الیکٹروڈ کی برقی صلاحیت کا مکمل استعمال ہے تاکہ سیمی کنڈکٹر میں توانائی کی سطح کو بگاڑنے کے لیے کیریئرز پر رکاوٹ پیدا ہو۔ چونکہ کوانٹم نقطوں کا مطلوبہ سائز نینو میٹر کی سطح پر ہے، اس لیے دھاتی الیکٹروڈ کو الیکٹران بیم کی نمائش کے ذریعے من گھڑت بنانے کی ضرورت ہے۔ لاگت سب سے زیادہ ہے اور پیداوار سب سے کم ہے۔ تاہم، اس طریقہ سے پیدا ہونے والے کوانٹم نقطے صرف گیٹ وولٹیج کو ایڈجسٹ کرکے اپنی توانائی کی سطح، کیریئرز کی تعداد اور گھماؤ کو کنٹرول کرسکتے ہیں۔ انتہائی اعلی کنٹرول کی وجہ سے، اس طرح کے کوانٹم نقطے کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے بھی موزوں ترین ہیں۔
1.4 کوانٹم ڈاٹس کا استعمال
02
کوانٹم ڈاٹ ڈسپلے کا اطلاق
2.1 تاریخ
1970 کی دہائی کے اوائل میں، سیمی کنڈکٹر ایپیٹیکسیل گروتھ ٹیکنالوجی کی ترقی کی وجہ سے، نانو اسٹرکچرز کی تیاری ممکن ہوئی۔ سب سے پہلے، کوانٹم ویلز (QW) نامی پتلی پرت کے دو جہتی نانو اسٹرکچرز کی ترکیب کی گئی اور ان کا بڑے پیمانے پر مطالعہ کیا گیا۔ یہ نینو پتلی تہہ کا ڈھانچہ دو مختلف سیمی کنڈکٹر مواد کی ترتیب سے بنتا ہے۔ الیکٹران اور سوراخ چند نینو میٹر موٹی کی ایک پتلی تہہ میں قید ہیں، جس کا اثر واضح ہے۔ کمپوزیشن ریشو کو ایڈجسٹ کرکے، کوانٹم ویل کے بینڈ گیپ کو تبدیل کیا جا سکتا ہے۔
2011 میں، Samsung Electronics نے کوانٹم ڈاٹ لائٹ ایمیٹنگ ڈائیوڈز کو نامیاتی اور غیر نامیاتی تہوں کا استعمال کرتے ہوئے بالترتیب کوانٹم ڈاٹ لائٹ ایمیٹنگ پرت کے الیکٹران اور ہول ٹرانسپورٹ لیئرز کے طور پر تیار کیا۔ منتقلی کے طریقہ کار سے کوانٹم ڈاٹ فلم کی پیٹرننگ کرتے ہوئے، Samsung Electronics نے 4 انچ کا فل کلر ایکٹو میٹرکس QLED ڈسپلے ڈیوائس پروٹو ٹائپ تیار کیا ہے۔ سام سنگ کے محققین پہلے کوانٹم ڈاٹ محلول کو سلیکون پلیٹ پر لگاتے ہیں، پھر بخارات بنتے ہیں، اور پھر پھیلے ہوئے حصے کو کوانٹم ڈاٹ کی تہہ میں دباتے ہیں۔ سطح کی تہہ کو ہٹانے کے بعد، اسے شیشے کے سبسٹریٹ یا پلاسٹک کے سبسٹریٹ میں منتقل کیا جاتا ہے۔ یہ عمل سبسٹریٹ پر کوانٹم ڈاٹ کو محسوس کرتا ہے۔ منتقلی. اس کے محققین نے کہا کہ ڈسپلے پروٹوٹائپس کی پیداوار حاصل کرنے کے لیے شیشے کے سبسٹریٹس یا لچکدار پلاسٹک کے ذیلی ذخیرے استعمال کیے گئے ہیں۔
2013 سے، کوانٹم ڈاٹ ڈسپلے ٹیکنالوجی کو مائع کرسٹل ڈسپلے (LCD) پینلز پر لاگو کیا گیا ہے۔ ایک کوانٹم ڈاٹ فلم کو بیک لائٹ ماڈیول اور مائع کرسٹل سیل کے درمیان جمع کیا جاتا ہے اور رنگوں کی وسیع رینج حاصل کرنے کے لیے ہائی کلر گیمٹ ٹی وی اور ٹیبلٹ کمپیوٹرز پر لاگو کیا جاتا ہے۔ ڈومین اور کم بجلی کی کھپت۔
سونی نے جون 2013 میں ایک اعلیٰ درجے کا LCD TV ماڈل لانچ کیا جو بیک لائٹ میں کوانٹم ڈاٹ ٹیکنالوجی استعمال کرتا ہے۔ ایمیزون نے اکتوبر 2013 میں ایک ٹیبلٹ کمپیوٹر بھی لانچ کیا جو LCD بیک لائٹ میں کوانٹم ڈاٹ استعمال کرتا ہے۔
2.2 کوانٹم ڈاٹس کی خصوصیات دکھائیں۔
1. اعلی رنگ کی پاکیزگی، تنگ اخراج سپیکٹرم چوٹی اور ہموار تقسیم؛
2. اخراج سپیکٹرم سایڈست ہے، اور اخراج طول موج کوانٹم نقطوں کے سائز اور مواد کو کنٹرول کر کے تبدیل کیا جا سکتا ہے، اس طرح روشنی خارج کرنے والے رنگ کو کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔
3. اچھی رنگ کی کارکردگی، 100% NTSC سے زیادہ رنگین پہلوؤں کا احاطہ کرتا ہے۔
4. برائٹ کارکردگی زیادہ ہے، کوانٹم کارکردگی 90٪ تک زیادہ ہے، اور روشنی کی استحکام اچھی ہے؛
5. اس میں نینو لیول کے پکسلز کو محسوس کرنے کی صلاحیت ہے، جس کا استعمال الٹرا ہائی ریزولوشن اسکرین بنانے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔
