Novel light-emitting devices of semiconductor quantum dots and conjugated polymer nanoparticles
Yarı iletken kuantum noktacıkları ve konjüge polimer nanoparçacıkların yenilikçi ışık yayan aygıtları
- Tez No: 434193
- Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 243
Özet
Modern dönemlerde aydınlatma uygulamaları hayat tarzımızın önemli bir parçası haline gelmiştir. Bu sebeple günümüzde aydınlatmanın %15'lere ulaşan ve ekran teknolojileri düşünüldüğünde daha da yükselecek enerji tüketimindeki pay bizi şaşırtmamalıdır. Bu yüzden sürdürülebilir bir çevre için karbon salınımını azaltma noktasında ışık kaynaklarının verimliliğinin artırılması oldukça önemlidir. Bu açıdan ışık yayan diyotlar (LED) var olan aydınlatma sistemlerinin değiştirilmesi için en önemli aday olarak one çıkmaktadır. Ancak günümüzde yaygın şekilde kullanılan nadir toprak iyonlar tabanlı ışıyıcı teknolojileri düşük fotometrik verimlilik, düşük ışık kalitesi ve uygulamaya özgü spektrum tasarıma izin vermeyen yapısı nedeniyle halen sorunludur. Bu sorunlara çözüm olarak bu tez kapsamında fosforların aksine oldukça dar ışıma bandına sahip kuantum noktacıklarının tümleştirildiği LED'ler üzerinde yürüttüğümüz çalışmalar sunuyoruz. Bu kuantum noktacıkları, uygulamaya özgü önemli iyileştirmelere izin vermektedirler. Bu tez çalışmaları kapsamında kuantum noktacıklarının bu avantajlarından yararlanılarak ekranların insanların biyolojik döngülerine olan olumsuz etkilerini en aza indirilecek ve aynı zamanda geniş bir renk gam da sunacak ekran arka aydınlatması tasarım sunulmuştur. Bunun dışında, ekranlarda ihtiyaç duyulan polarize ışık kaynaklarının elde edilmesi amacıyla, kendi kendine konumlanan manyetik nanotellerle kuantum noktacıkları melezlenmiş ve polarizasyon anizotropisi yüksek ışıyıcılar elde edilmiştir. Kuantum noktacıklarının ışıma kararlılığı sorununu çözmek içinse, onların kristal matrisler içerisine tümleştirilmeleri ve bu kristal matrislerinin oksijen ve nemin kuantum noktacıklarına ulaşmasında bir engel oluşturduğu gösterilmiştir. Bu yöntemin getirdiği diğer önemli kazanç ise, kuantum noktacıklarının toz ve katı film halinde çözelti içerisindeki verimliliklerini koruyor olmalarıdır. Bu malzemelerle yüksek renk dönüşümü indisine sahip ve insan gözünün hassasiyet fonksiyonuyla uyumlu ışıma spektrumu olan ılık beyaz LED tasarımı ve gösterimi yapılmıştır. Bunun yanında kuantum noktacık gömülü kristal matrislerinin ekzitonik ve plazmonik etkileşim çalışmaları için elverişli bir ortam oluşturduğu gösterilmiş ve bu etkileşimler kuantum noktacıklarının verimliliklerini daha da artırmak için kullanılmıştır. Ayrıca spektrumu ayarlanabilir toksik olmayan renk dönüştürücülerin geliştirilmesi amacıyla, bu tez kapsamında konjüge polimer nanoparçacıklarıyla da çalıştırılmıştır. Bu malzemelerin kuantum kuyusu nanosütunlarıyla aralarındaki yakın alan etkileşimleri ışıma şiddetlerinin artırılması amacıyla detaylı şekilde incelenmiştir. İnanıyoruz ki; bu çalışmalarımız kapsamında geliştirdiğimiz malzemeler ve ışık kaynakları verimli ve yüksek renk kalitesine sahip genel ve ekran arka aydınlatmasının sağlanması hedeflerine ulaşılmasında katkı sağlayacaktır.
Özet (Çeviri)
Starting with the modern times, lighting has become an essential part of our lives. Today, its share of the total energy consumption reaching 15% should not surprise us. This share further increases when the energy demand for display backlighting is taken into account. Therefore, increasing the efficiency of the lighting sources is of significant importance for decreasing the carbon footprint for a sustainable environment. At this point, light-emitting diodes (LEDs)step forward as the most important candidate for revolutionizing the existing lighting systems; however, the current conventional technologies, which typically employ rare-earth ion based broad-band emitters, are plagued with low photometric efficiency, lack of light quality, and incapability of the spectrum design for application-specific performance. As a remedy to these problems, in this thesis we study light-emitting diodes of quantum dots that are efficient narrow-band emitters as opposed to phosphors. These colloidal quantum dots allow for the achievement of the light source performance specific to each application. By employing this strength, we first present our design of quantum dot integrated LED display backlight for reducing the adverse effects of the displays on the human biological rhythm while maximizing the color definition. Here we also addressed the need for light sources exhibiting polarization anisotropy for display backlights by hybridizing self-assembled magnetic nanowires and quantum dots. To solve the emission stability problem of the quantum dots in solid-films, we demonstrated the incorporation of the quantum dots within crystalline matrices that act as a barrier against oxygen and humidity and substantially increase their emission stability. Another important strength of this technique has been the preservation of the dispersion quantum efficiencies of the quantum dots in powder form and in solid-films. By employing these material systems, we designed and successfully demonstrated a warm white LED exhibiting successful color rendition capability and large spectral overlap with the human eye sensitivity function. We also showed that embedding quantum dots into crystalline matrices offers a robust platform to study the excitonic and plasmonic interactions, both of which we utilized for increasing the efficiencies of the quantum dots in crystalline matrices. To meet the need for non-toxic color converter enabling color tuning, we also employed conjugated polymer nanoparticles and studied their near-field interaction with epitaxially grown quantum well nanopillars to boost their emission intensity. We believe that the materials and light sources that we presented in this thesis will enable to reach the targets for realizing high-efficiency but also high-quality light sources for general lighting and displays.
Benzer Tezler
- Localized plasmon-coupled semiconductor nanocrystal emitters for innovative device applications
Yenilikçi aygıt uygulamaları için lokal plazmon katkılı yarı iletken nanokristal ışıyıcılar
İBRAHİM MURAT SOĞANCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Semiconductor quantum dots driven by radiative and nonradiative energy transfer for high-efficiency hybrid leds and photovoltaics
Yarı iletken nanokristal kuvantum noktacıkların ışımalı ve ışımasız enerji transferi kullanımı ile verimliliği artırılmış melez ışık yayan diyotlar ve güneş gözeleri
BURAK GÜZELTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Multi exciton generation and recombination of semiconductor nanocrystals: Fundamental understanding and applications
Yarı iletken nanokristallerde çoklu eksiton oluşturması ve yeniden birleşimi: Temel bilimsel anlama ve uygulamalar
AHMET FATİH CİHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Colloidal synthesis and doping of semiconductor nanocrystals
Yarıiletken nanokristallerin koloidal sentezi ve katıklanması
MEHMET ZAFER AKGÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Fabrication and novel applications of light-absorbing optoelectronic devices
Işık emici optoelektronik cihazların üretimi ve yeni uygulamaları
MÜZEYYEN SAVAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAbdullah Gül ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TALHA ERDEM