Quantum dot LED'er bliver lysere, mere effektivt

(Phys.org) -- Mens kvantepunktbaserede lysemitterende dioder (QLED'er) ikke er lavet af organiske materialer, de deler mange af de samme fordele som organiske LED'er (OLED'er). For eksempel, både QLED'er og OLED'er overstråler halvlederbaserede LED'er med hensyn til deres større fleksibilitet, bedre farvekvalitet, og potentiale for lavere omkostninger, da de kan fremstilles ved hjælp af en simpel proces på et stort substrat. Men lige siden de første QLED'er blev demonstreret i midten af ​​90'erne, omkring et årti efter OLED'er, deres ydeevne har haltet bagefter OLED'er på trods af løbende forbedringer. Nu i en ny undersøgelse, et team af forskere fra Sydkorea har designet og demonstreret QLED'er med en forbedret effektivitet og hidtil uset lysstyrke, der matcher lysstyrken af ​​nutidens bedste fluorescerende OLED'er.

Forskningsteamene ved Seoul National University, Sydkorea, ledet af Changhee Lee, Kookheon Char, og Seonghoon Lee, har offentliggjort deres undersøgelse i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

Som forskerne forklarer i deres undersøgelse, nøglen til at forbedre lysstyrken og effektiviteten af ​​QLED'erne er at forbedre injektionen af ​​strømførende elektroner og huller i kvanteprikkerne. Jo mere effektivt elektroderne kan injicere elektroner og huller i kvanteprikkerne, jo mere effektivt kan enheden udsende lys. Som regel, anoden er lavet af indiumtinoxid, hvis gennemsigtighed tillader lys at slippe ud. Men her, forskerne vendte enheden ved at gøre indiumtinoxidet til katoden ved hjælp af zinkoxidnanopartikler som et elektrontransportlag, som udførte ladningsbærerinjektion meget mere effektivt end tidligere.

"Den vigtigste årsag til den lave ydeevne af QLED'er er den dårlige indsprøjtning af huller i kvantepunkterne (QD'er) fra anode- og nabohulstransportlaget på grund af en enorm potentiel energibarriere, ” fortalte Changhee Lee Phys.org . "På grund af det, elektron-hul balancen ikke opnås, hvilket resulterer i lav kvanteeffektivitet og lav maksimal lysstyrke. Desuden, overskydende elektroner eller huller, som ikke rekombineres i QD-laget og kommer ind i de tilstødende organiske hultransport- eller elektrontransportlag (HTL eller ETL), kan forårsage lækstrøm og forringelse af enheden, resulterer i dårlig effektivitet og stabilitet. Derfor, god bærerindsprøjtning er en nøglefaktor for at realisere højtydende QLED’er. ”

Ved at mønstre kvanteprikker i forskellige størrelser på laget af zinkoxidnanopartikler, ingeniørerne kunne fremstille QLED'er i tre forskellige farver:rød, grøn, og blå. Mens tidligere QLED-lysstyrkeniveauer var i området 10, 000 candela (cd) pr. M ² , den nye røde QLED viste en lysstyrke på 23, 000 cd/m ² og green opnåede bemærkelsesværdige 218, 000 cd/m ² – den højeste nogensinde for en QLED og sammenlignelig med de bedste OLED'er. Den tidligere højeste QLED-lysstyrke er 68, 000 cd/m ² , som var for en grøn QLED rapporteret sidste år af Lei Qian, et al. Den nye blå QLED viste en lavere lysstyrke på 2, 000 cd/m ² , men lav blå ydeevne har været en af ​​de største ulemper ved både QLED'er og OLED'er.

I områder udover lysstyrke, QLED'erne er også blevet forbedret, men halter stadig bagefter OLED'erne. De nye QLED'ers effektivitet (7,3%, 5,8 %, og 1,7 % for rød, grøn, og blå enheder, henholdsvis) forbedre i forhold til tidligere QLED'er, selvom OLED'er kan have en effektivitet på op til 20%. En anden udfordring for både QLED'er (og OLED'er i mindre omfang) er levetid. Siden den tidlige forskning i 90'erne, QLED's levetid er ikke blevet forbedret i løbet af et par snesevis af timer, og de oplever hurtig forringelse inden for få timer efter drift. QLED'er med omvendte strukturer, som dem der bruges her, kan have halveringstider på op til 600 timer, sammenlignet med titusinder for OLED'er.

Selvom QLED'er ikke matcher ydeevnen af ​​OLED'er, ingeniørerne forklarer, at QLED'er har et par potentielle fordele, der gør dem værd at undersøge nærmere.

“Lysudbyttet for de bedste OLED’er (fosforescerende OLED’er) og uorganiske lysdioder er sammenlignelige, op til ~100 lm/W for hvid emission, " sagde Changhee Lee. "Men effektiviteten af ​​QLED'er er stadig langt bagud, cirka 10 gange lavere. Effektiviteten af ​​røde og grønne QLED'er rapporteret i vores papir er sammenlignelig med effektiviteten af ​​de bedste 'fluorescerende' OLED'er, som bruger fluorescerende organiske farvestoffer som emittere. Selvfølgelig, levetiden for QLED'er er meget lavere end OLED'er og uorganiske LED'er på nuværende tidspunkt. De potentielle fordele ved QLED'er er:(1) meget smallere emissionsbåndbredde (fuld bredde ved halvt maksimum ~ 30 nm sammenlignet med 60-80 nm OLED'er), hvilket betyder, at QLED'er har mere mættet og renere farve end OLED'er; (2) lettere afstemning af emissionsfarver i hele det synlige område ved blot at kontrollere partikelstørrelsen og -formen med den samme kemiske sammensætning for QD'en; (3) og derfor er omkostningerne ved emittere meget lavere for QLED'er, mens organiske fosforescerende emittere, der bruges til de bedste OLED'er, er meget dyre."

Samlet set, lysstyrken, effektivitet, livstid, og lav tændspænding på de nye QLED'er tyder på, at kvanteprik-enhederne kunne have lovende applikationer som tv, computer, og telefondisplays samt belysningsenheder. Da kvanteprikker kan udskrives som blæk, disse skærme og enheder kunne også drage fordel af billige produktionsmetoder.

"Vores fremtidsplan er at forbedre effektiviteten og pålideligheden af ​​QLED'er yderligere, i særdeleshed, blå QLED'er, ”Sagde Changhee Lee. "Si parallelt vi vil lave en fuldfarve aktiv matrix QLED-skærm ved hjælp af vores forbedrede RGB QLED-teknologi. Vi vil også arbejde på at udvikle Cd-fri QLED'er på grund af miljø- og sikkerhedsproblemer relateret til Cd. Vi har for nylig rapporteret InP QLED'er i Kemi af materialer , men deres effektivitet er meget lav. Derfor, vi vil arbejde på at udvikle nye forløbere til InP QD'er og forbedre ydeevnen af ​​Cd-fri OLED'er."

Copyright 2012 Phys.Org
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.