Rosso, verde, e QLED blu, con le tensioni applicate nell'angolo in alto a sinistra. Il QLED verde ha una luminanza di 168, 000 candele per metro quadrato, che è più di tre volte superiore alla precedente migliore luminosità QLED. Credito immagine:Jeonghun Kwak, et al. ©2012 American Chemical Society
(Phys.org) - Sebbene i diodi a emissione di luce a punti quantici (QLED) non siano fatti di materiali organici, condividono molti degli stessi vantaggi dei LED organici (OLED). Ad esempio, sia i QLED che gli OLED superano i LED basati su semiconduttori in termini di maggiore flessibilità, migliore qualità del colore, e potenziale per un costo inferiore poiché possono essere fabbricati utilizzando un processo semplice su un substrato di ampia area. Ma da quando sono stati presentati i primi QLED a metà degli anni '90, circa un decennio dopo gli OLED, le loro prestazioni sono rimaste indietro rispetto agli OLED nonostante i continui miglioramenti. Ora in un nuovo studio, un team di ricercatori della Corea del Sud ha progettato e dimostrato QLED con un'efficienza migliorata e una luminosità senza precedenti che corrisponde alla luminosità dei migliori OLED fluorescenti di oggi.
I gruppi di ricerca della Seoul National University, Corea del Sud, guidato da Changhee Lee, Kookheon Char, e Seonghoon Lee, hanno pubblicato il loro studio in un recente numero di Nano lettere .
Come spiegano i ricercatori nel loro studio, la chiave per migliorare la luminosità e l'efficienza dei QLED è migliorare l'iniezione di elettroni e lacune che trasportano corrente nei punti quantici. Più efficientemente gli elettrodi possono iniettare elettroni e lacune nei punti quantici, più efficientemente il dispositivo può emettere luce. Generalmente, l'anodo è fatto di ossido di indio stagno, la cui trasparenza lascia sfuggire la luce. Ma qui, i ricercatori hanno invertito il dispositivo trasformando l'ossido di indio e stagno nel catodo con l'aiuto di nanoparticelle di ossido di zinco come strato di trasporto degli elettroni, che ha eseguito l'iniezione del portatore di carica in modo molto più efficiente di prima.
"La causa più importante delle basse prestazioni dei QLED è la scarsa iniezione di fori nei punti quantici (QD) dall'anodo e dallo strato di trasporto del foro adiacente a causa di un'enorme barriera di energia potenziale, "Ha detto Changhee Lee Phys.org . “A causa di ciò, l'equilibrio elettrone-lacuna non è raggiunto, con conseguente bassa efficienza quantica e bassa luminosità massima. Per di più, gli elettroni o lacune in eccesso, che non si ricombinano nello strato QD ed entrano negli strati vicini di trasporto di lacune organici o di trasporto di elettroni (HTL o ETL), può causare la corrente di dispersione e il degrado del dispositivo, con conseguente scarsa efficienza e stabilità. Perciò, una buona iniezione di carrier è un fattore chiave per realizzare QLED ad alte prestazioni.”
Modellando punti quantici di dimensioni diverse sullo strato di nanoparticelle di ossido di zinco, gli ingegneri potrebbero fabbricare QLED di tre diversi colori:rosso, verde, e blu. Mentre i precedenti livelli di luminosità del QLED erano nell'intervallo 10, 000 candele (cd) per m 2 , il nuovo QLED rosso ha mostrato una luminosità di 23, 000 cd/m 2 e il verde ha raggiunto un notevole 218, 000 cd/m 2 – il più alto di sempre per un QLED e paragonabile ai migliori OLED. La precedente luminosità massima del QLED è 68, 000 cd/m 2 , che era per un QLED verde segnalato l'anno scorso da Lei Qian, et al. Il nuovo QLED blu ha mostrato una luminosità inferiore a 2, 000 cd/m 2 , ma le basse prestazioni del blu sono state uno dei maggiori svantaggi sia dei QLED che degli OLED.
Nelle aree oltre alla luminosità, anche i QLED sono migliorati ma sono ancora in ritardo rispetto agli OLED. Le efficienze dei nuovi QLED (7,3%, 5,8%, e 1,7% per il rosso, verde, e dispositivi blu, rispettivamente) migliorano rispetto ai precedenti QLED, sebbene gli OLED possano avere efficienze fino al 20%. Un'altra sfida per entrambi i QLED (e per gli OLED in misura minore) è la durata. Fin dalle prime ricerche degli anni '90, La durata dei QLED non è migliorata dopo poche decine di ore, e subiscono un rapido deterioramento entro poche ore di funzionamento. QLED con strutture invertite, come quelli usati qui, può avere tempi di dimezzamento fino a 600 ore, rispetto a decine di migliaia per gli OLED.
Sebbene i QLED non corrispondano alle prestazioni degli OLED, gli ingegneri spiegano che i QLED hanno alcuni potenziali vantaggi che li rendono meritevoli di ulteriori indagini.
“L'efficienza luminosa dei migliori OLED (OLED fosforescenti) e dei LED inorganici è paragonabile, fino a ~100 lm/W per emissione bianca, "Ha detto Changhee Lee. “Tuttavia, l'efficienza dei QLED è ancora molto indietro, circa 10 volte inferiore. L'efficienza dei QLED rossi e verdi riportata nel nostro articolo è paragonabile all'efficienza dei migliori OLED "fluorescenti", che utilizzano coloranti organici fluorescenti come emettitori. Certo, la durata dei QLED è molto inferiore a quella degli OLED e dei LED inorganici in questo momento. I potenziali vantaggi dei QLED sono:(1) larghezza di banda di emissione molto più stretta (larghezza completa a metà massimo ~30 nm rispetto ai 60-80 nm degli OLED), il che significa che i QLED hanno un colore più saturo e più puro rispetto agli OLED; (2) più facile sintonizzabilità dei colori di emissione nell'intera gamma visibile semplicemente controllando la dimensione e la forma delle particelle con la stessa composizione chimica per il QD; (3) e quindi il costo degli emettitori è molto più basso per i QLED, mentre gli emettitori fosforescenti organici utilizzati per i migliori OLED sono molto costosi.
Globale, la luminosità, efficienza, tutta la vita, e la bassa tensione di accensione dei nuovi QLED suggeriscono che i dispositivi a punti quantici potrebbero avere applicazioni promettenti come TV, computer, e display del telefono, nonché dispositivi di illuminazione. Poiché i punti quantici possono essere stampati come inchiostro, questi display e dispositivi potrebbero anche beneficiare di metodi di produzione a basso costo.
“Il nostro piano futuro è quello di migliorare ulteriormente l'efficienza e l'affidabilità dei QLED, in particolare, QLED blu, "Ha detto Changhee Lee. “In parallelo, realizzeremo un display QLED a matrice attiva a colori utilizzando la nostra tecnologia RGB QLED migliorata. Lavoreremo anche allo sviluppo di QLED senza Cd a causa di problemi ambientali e di sicurezza legati al Cd. Di recente abbiamo segnalato i QLED InP in Chimica dei materiali , ma la loro efficienza è molto bassa. Perciò, lavoreremo allo sviluppo di nuovi precursori per InP QD e al miglioramento delle prestazioni degli OLED senza Cd”.
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