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新型量子点LED:效率更高、成本更低!

近日,韩国科学技术院(KAIST)的研究团队通过设计金属纳米结构基板,成功提升了量子点发光二极管技术的效率。
背景
在显示技术领域,相信大家对于LED、OLED等新技术都不会陌生,笔者之前也介绍过有关这些技术的创新成果。但是说到QLED,大家或许会有点陌生,然而今天介绍的创新成果又恰好与QLED相关。
什么是QLED?它是 Quantum Dot Light Emitting Diodes 的缩写,中文就是“量子点发光二极管”,它是一种不需要额外光源的自发光技术。为了更好的理解QLED,让我们先重温一下量子点(QD)技术。
量子点,是一系列极其微小的半导体纳米晶体(尺寸在100纳米以下),肉眼根本无法察觉。正是由于尺寸极小,所以其内部电子在不同方向上的运动都会受到限制。因此其光学和电子属性不同于大型粒子,它们会具有量子限域效应、表面效应、量子隧道效应、介电限域效应等特殊的物理效应。
当半导体晶体达到纳米尺寸后,通过对这种纳米半导体材料施加一定的电场或光压,不同大小的半导体纳米晶体就会发射出不同频率的光,如果是在可见光频谱范围内的话,最明显的就是颜色的变化。

(图片来源于:维基百科)
量子点技术的应用领域宽广,例如半导体晶体管、太阳能电池、LED、量子计算、医疗成像等。其中,与LED技术相结合就变成了QLED。QLED的发光中心由量子点构成。其发光形式有两种:一是采用在GaN基LED中作为光转换层,有效吸收蓝光发射出波长在可见光范围内精确可调的各色光;二是采用其电致发光形式,将其涂敷于薄膜电极之间而发光,实现QLED发光。
量子点对于LED技术产生的影响是广泛而深远的,QLED技术也意味着LED照明技术有望走向一个新的时代。
创新
近日,韩国科学技术院(KAIST)物理系教授 Yong-Hoon Cho 及其团队通过设计金属纳米结构基板,成功提升了量子点(QD)发光二极管(LED)技术的效率。
这项研究由博士研究生 Hyun Chul Park 领导,于2017年12月27日被选为国际期刊《Small》的封面。

(图片来源:KAIST)
技术
QLED 拥有非常小的半导体光源,而且被认为是一项用于高性能全彩显示器的新兴技术。然而,单单采用QLED 制造显示器的成本会非常高。
基于QD的现有显示器使用蓝色LED作为光源,并且采用了一种通过绿色和红色量子点激发的颜色转换方案。
基于QD的现有显示器存在两个缺点。正如研究人员之前所提的,QLED成本较高,因此基于QD的显示器单价更高。此外,液体类型的QD在接触空气后,效率也会显著降低。
Cho 教授在一种金属纳米结构中寻找到了解决方案。它不仅降低了生产成本,同时也提高了QLED的效率。团队利用了所谓的“表面等离子共振”现象。当纳米金属结构暴露于光线中,这种现象就会发生。根据金属的类型、尺寸和形状的不同,金属结构特性也会产生变化。

(图片来源:KAIST)
团队为每个QLED设计了不同的金属纳米结构,银纳米盘用于红色QD,铝纳米盘用于绿色QD,让它们发光更加强烈。
价值
有了更亮的QD,制造QLED所需的QD就会更少,单价也因此更低。团队在这项研究中使用了银和铝,但是金属纳米结构可以根据预期目标重新设计。
Cho 教授表示:“在QLED中合理地实现金属纳米结构,可以减少系统所用的QD数量,从而降低单价。”
参考资料
【1】http://www.kaist.ac.kr/_prog/_board/?code=ed_news&mode=V&no=76141&upr_ntt_no=76141&site_dvs_cd=en&menu_dvs_cd=0601
【2】H. C. Park, Isnaeni, S. H. Gong, Y.-H. Cho, How Effective is Plasmonic Enhancement of Colloidal Quantum Dots for Color-Conversion Light-Emitting Devices? Small,2017;DOI: 10.1002/smll.201701805

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