(Phys.org)-Även om kvantpunktbaserade ljusemitterande dioder (QLED) inte är gjorda av organiska material, de delar många av samma fördelar som organiska lysdioder (OLED). Till exempel, både QLED och OLED lyser över halvledarbaserade lysdioder när det gäller deras större flexibilitet, bättre färgkvalitet, och potential för lägre kostnad eftersom de kan tillverkas med en enkel process på ett stort område. Men ända sedan de första QLED:erna demonstrerades i mitten av 90-talet, ungefär ett decennium efter OLED, deras prestanda har hamnat efter OLED trots pågående förbättringar. Nu i en ny studie, ett team av forskare från Sydkorea har designat och demonstrerat QLED med en förbättrad effektivitet och en aldrig tidigare skådad ljusstyrka som matchar ljusstyrkan hos dagens bästa fluorescerande OLED.

Forskargrupperna vid Seoul National University, Sydkorea, ledd av Changhee Lee, Kookheon Char, och Seonghoon Lee, har publicerat sin studie i ett nyligen publicerat nummer av Nano bokstäver .

Som forskarna förklarar i sin studie, nyckeln till att förbättra ljusstyrkan och effektiviteten hos QLED är att förbättra injiceringen av strömbärande elektroner och hål i kvantprickarna. Ju mer effektivt elektroderna kan injicera elektroner och hål i kvantpunkterna, ju mer effektivt enheten kan avge ljus. Vanligtvis, anoden är gjord av indiumtennoxid, vars genomskinlighet gör att ljus kan fly. Men här, forskarna inverterade enheten genom att göra indiumtennoxiden till katoden med hjälp av zinkoxid -nanopartiklar som ett elektrontransportskikt, som utförde laddningsbärarinjektion mycket mer effektivt än tidigare.

”Den viktigaste orsaken till QLED:s låga prestanda är dålig injektion av hål i kvantprickarna (QD:er) från anoden och det angränsande håltransportlagret på grund av en enorm potentiell energibarriär, ”Berättade Changhee Lee Phys.org . ”På grund av det, elektronhålsbalansen uppnås inte, vilket resulterar i låg kvanteffektivitet och låg maximal ljusstyrka. Vidare, överskott av elektroner eller hål, som inte rekombineras i QD-skiktet och kommer in i de närliggande organiska håltransport- eller elektrontransportskikten (HTL eller ETL), kan orsaka läckström och nedbrytning av enheten, vilket resulterar i dålig effektivitet och stabilitet. Därför, bra bärarinjektion är en nyckelfaktor för att förverkliga högpresterande QLED. ”

Genom att mönstra olika stora kvantprickar på lagret av zinkoxid -nanopartiklar, ingenjörerna kunde tillverka QLED i tre olika färger:rött, grön, och blå. Medan tidigare QLED -ljusstyrkenivåer låg inom intervallet 10, 000 candelas (cd) per m ² , den nya röda QLED visade en ljusstyrka på 23, 000 cd/m ² och greenen uppnådde en anmärkningsvärd 218, 000 cd/m ² - den högsta någonsin för en QLED och jämförbar med de bästa OLED:erna. Den tidigare högsta QLED -ljusstyrkan är 68, 000 cd/m ² , som var för en grön QLED som rapporterades förra året av Lei Qian, et al. Den nya blå QLED visade en lägre ljusstyrka på 2, 000 cd/m ² , men låg blå prestanda har varit en av de största nackdelarna med både QLED och OLED.

I områden förutom ljusstyrka, QLED har också förbättrats men ligger fortfarande efter OLED. De nya QLED:ernas effektivitet (7,3%, 5,8%, och 1,7% för rött, grön, och blå enheter, respektive) förbättra jämfört med tidigare QLED, även om OLED kan ha en effektivitet på upp till 20%. En annan utmaning för både QLED (och OLED i mindre utsträckning) är livslängd. Sedan den tidiga forskningen på 90 -talet, QLED -livslängden har inte förbättrats under några tiotals timmar, och de upplever snabb försämring inom några timmar efter drift. QLED med inverterade strukturer, som de som används här, kan ha en halveringstid på upp till 600 timmar, jämfört med tiotusentals för OLED.

Även om QLED -enheter inte matchar prestanda för OLED -enheter, ingenjörerna förklarar att QLED har några potentiella fördelar som gör dem värda att undersöka närmare.

”Ljuseffekten för de bästa OLED -lamporna (fosforescerande OLED -lampor) och oorganiska lysdioder är jämförbara, upp till ~ 100 lm/W för vitemission, ”Sa Changhee Lee. ”Men effektiviteten hos QLED är fortfarande långt efter, cirka 10 gånger lägre. Effektiviteten hos röda och gröna QLED som rapporteras i vårt papper är jämförbar med effektiviteten hos de bästa "fluorescerande" OLED -enheterna, som använder fluorescerande organiska färgämnen som sändare. Självklart, livslängden för QLED är mycket lägre än OLED och oorganiska lysdioder vid denna tidpunkt. De potentiella fördelarna med QLED är:(1) mycket smalare bandbredd för utsläpp (full bredd vid halva max ~ 30 nm jämfört med 60-80 nm OLED), vilket innebär att QLED har mer mättad och renare färg än OLED:er; (2) enklare avstämning av emissionsfärger i hela det synliga intervallet genom att helt enkelt styra partikelstorleken och formen med samma kemiska sammansättning för QD; (3) och därför är utsläppskostnaderna mycket lägre för QLED medan organiska fosforescenta emitter som används för bästa OLED är mycket dyra. ”

Övergripande, ljusstyrkan, effektivitet, livstid, och låg startspänning för de nya QLED-enheterna tyder på att quantum dot-enheterna kan ha lovande applikationer som TV, dator, och telefonskärmar samt belysningsenheter. Eftersom kvantpunkter kan skrivas ut som bläck, dessa bildskärmar och enheter kan också dra nytta av billiga produktionsmetoder.

”Vår framtidsplan är att ytterligare förbättra effektiviteten och tillförlitligheten för QLED, särskilt, blå QLED, ”Sa Changhee Lee. "Parallellt, Vi kommer att göra en fullfärgs aktiv matris QLED-skärm med vår förbättrade RGB QLED-teknik. Vi kommer också att arbeta med att utveckla Cd-fria QLED på grund av miljö- och säkerhetsproblem relaterade till Cd. Vi rapporterade nyligen InP QLED i Materialkemi , men deras effektivitet är mycket låg. Därför, vi kommer att arbeta med att utveckla nya prekursorer för InP QD:er och förbättra prestandan för CD-fria OLED. ”

Copyright 2012 Phys.Org
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivet eller omfördelat helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.