Физика

Исследователи из Школы инженерных наук Гонконгского университета науки и технологий (Hong Kong University of Science and Technology, HKUST, Гонконг, Китай) создали самые яркие и самые энергоэффективные в мире светодиоды на основе квантовых стержней. Они способны обеспечить энергоэффективные, сверхъяркие экраны для смартфонов, телевизоров, устройств дополненной и виртуальной реальности.

Светодиоды широко используют в электронике уже десятилетиями, их применение позволило значительно снизить энергопотребление экранов и уменьшить их стоимость. Светодиоды на основе квантовых точек (quantum dot light emitting diodes, QLEDs) и квантовых стержней (quantum rod light emitting diodes, QRLEDs) сделали изображение на экранах более ярким и четким за счет точного контроля длины волны света, излучаемой каждым диодом.

QRLED — более юная технология. Зеленое излучение этого типа диодов 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.

Чтобы решить эти проблемы, команда под руководством профессора Абхишека К. Шриваставы (Abhishek K. Srivastava) разработала новый класс квантовых стержней. Ученые точно 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.

Ученые смогли спроектировать стержни с равномерной, гладкой морфологией поверхности и уменьшили их длину. Эти изменения позволили плотно и равномерно укладывать их рядом без пустот. Для нового варианта 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 рассказали о деталях показателей новых QRLED:

— Эффективность преобразования электричества в свет — 24 процента внешнего квантового выхода (external quantum efficiency, EQE) по сравнению с 22 процентами у старых моделей;— Яркость на единицу энергии — 89 кандел на ампер (превышает показатели всех существующих QRLED);— Световой поток — в три раза ярче старых зеленых светодиодов. Пик светимости — более 500 000 кандел на квадратный метр;— Стабильная работа более 22 000 часов.

«Наша работа показывает, что тщательный контроль над составом наностержней и инженерия интерфейсов могут привести к прорыву в оптоэлектронной эффективности. Это открывает путь к созданию высококачественных, энергоэффективных дисплеев с беспрецедентной яркостью и долговечностью», — подытожил профессор Шривастава.