Ученые из Школы инженерных наук Гонконгского университета науки и технологий (HKUST, Гонконг, Китай) разработали светодиоды на основе квантовых стержней, которые отличаются наибольшей яркостью и энергоэффективностью среди существующих аналогов. Эти инновационные светодиоды открывают возможности для создания энергосберегающих и сверхъярких дисплеев для смартфонов, телевизоров, а также устройств дополненной и виртуальной реальности.
Светодиоды давно и повсеместно применяются в электронике, что способствовало существенному сокращению энергопотребления экранов и снижению их цены. Светодиоды на основе квантовых точек ( quantum dot light emitting diodes, QLEDs ) и квантовых стержней (quantum rod light emitting diodes, QRLEDs ) благодаря точному управлению длиной волны света, излучаемого каждым диодом, удалось добиться большей яркости и четкости изображения на экране.
QRLED — более молодая технология. Диоды этого типа характеризуются зеленым излучением уступало по параметрам генерируемому в QLED из-за особенностей структуры прибора. В светодиодах на основе стержней большие утечки электронов на границах и структурных барьерах внутри диода, длинные органические лиганды на поверхности наностержня затрудняют транспортировку заряда и снижают стабильность всей структуры.
Для решения обозначенных проблем была сформирована команда во главе с профессором Абхишеком К. Шриваставой ( Abhishek K. Srivastava) ученые разработали новый класс квантовых стержней настроили градиент содержания веществ в сплаве ядра стержня и уменьшили толщину его внешней оболочки. Такая конструкция позволила достичь яркого глубокого зеленого излучения в диапазоне длин волн 515-525 нанометров. Статья об этой разработке опубликована в журнале Advanced Materials.
Ученым удалось создать стержни с однородной и ровной поверхностью, а также сократить их размеры. Благодаря этим модификациям стало возможным плотное и равномерное расположение стержней в непосредственной близости друг от друга, исключая наличие пустот. Для нового типа стержней физики также уменьшили длину органических лигандов, создали для транспорта дырок двухслойную область. В совокупности эти инновации улучшают баланс зарядов в устройстве, подавляют утечку электронов, а это повышает эффективность и стабильность работы диода.
В статье ученые представили подробную информацию о характеристиках новых QRLED:
— Эффективность преобразования электрической энергии в свет составляет 24 процента, что соответствует внешнему квантовому выходу ( external quantum efficiency, EQE) по сравнению с 22 процентами у старых моделей;
— Яркость, приходящаяся на единицу энергии, составляет 89 кд/А, что выше, чем у всех имеющихся QRLED);
— Световой поток в три раза превышает показатели старых зеленых светодиодов. Максимальная светимость достигает более 500 000 кд/м;
— Стабильная работа более 22 000 часов.
«Результаты нашей работы демонстрируют, что строгий контроль над составом наностержней и инженерия интерфейсов способны обеспечить значительный прогресс в оптоэлектронной эффективности. Это позволяет создавать высококачественные, энергосберегающие дисплеи с исключительной яркостью и долговечностью», — заключил профессор Шривастава.