(Phys.org) -- Hoewel op quantum-dots gebaseerde light-emitting diodes (QLED's) niet zijn gemaakt van organische materialen, ze delen veel van dezelfde voordelen als organische LED's (OLED's). Bijvoorbeeld, zowel QLED's als OLED's overtreffen op halfgeleiders gebaseerde LED's in termen van hun grotere flexibiliteit, betere kleurkwaliteit, en potentieel voor lagere kosten, omdat ze kunnen worden vervaardigd met behulp van een eenvoudig proces op een substraat met een groot oppervlak. Maar sinds de eerste QLED's halverwege de jaren '90 werden gedemonstreerd, ongeveer een decennium na OLED's, hun prestaties zijn ondanks voortdurende verbeteringen achtergebleven bij OLED's. Nu in een nieuwe studie, een team van onderzoekers uit Zuid-Korea heeft QLED's ontworpen en gedemonstreerd met een verbeterde efficiëntie en ongekende helderheid die overeenkomt met de helderheid van de beste fluorescerende OLED's van vandaag.

De onderzoeksteams van de Seoul National University, Zuid-Korea, geleid door Changhee Lee, Kookeon Char, en Seonghoon Lee, hebben hun studie gepubliceerd in een recent nummer van Nano-letters .

Zoals de onderzoekers in hun onderzoek uitleggen, de sleutel tot het verbeteren van de helderheid en efficiëntie van de QLED's is het verbeteren van de injectie van stroomvoerende elektronen en gaten in de kwantumstippen. Hoe efficiënter de elektroden elektronen en gaten in de kwantumstippen kunnen injecteren, hoe efficiënter het apparaat licht kan uitstralen. Gebruikelijk, de anode is gemaakt van indiumtinoxide, waarvan de transparantie het licht laat ontsnappen. Maar hier, de onderzoekers keerden het apparaat om door van indiumtinoxide de kathode te maken met behulp van zinkoxide-nanodeeltjes als elektronentransportlaag, die ladingsdragerinjectie veel efficiënter uitvoerde dan voorheen.

"De belangrijkste oorzaak van de lage prestaties van QLED's is de slechte injectie van gaten in de kwantumdots (QD's) van de anode en de aangrenzende gatentransportlaag als gevolg van een enorme potentiële energiebarrière, "Vertelde Changhee Lee" Phys.org . “Daardoor, de elektron-gat balans wordt niet bereikt, wat resulteert in een lage kwantumefficiëntie en een lage maximale helderheid. Verder, de overtollige elektronen of gaten, die niet recombineren in de QD-laag en de aangrenzende organische gatentransport- of elektronentransportlagen (HTL of ETL) binnengaan, kan lekstroom en degradatie van het apparaat veroorzaken, resulterend in een slechte efficiëntie en stabiliteit. Daarom, goede carrier-injectie is een sleutelfactor voor het realiseren van high-performance QLED's.”

Door kwantumdots van verschillende grootte op de laag zinkoxide-nanodeeltjes te vormen, konden de ingenieurs QLED's in drie verschillende kleuren fabriceren:rood, groente, en blauw. Terwijl eerdere QLED-helderheidsniveaus in het bereik van 10 lagen, 000 candela (cd) per m ² , de nieuwe rode QLED vertoonde een helderheid van 23, 000 cd/m ² en de green behaalde een opmerkelijke 218, 000 cd/m ² – de hoogste ooit voor een QLED en vergelijkbaar met de beste OLED's. De vorige hoogste QLED-helderheid is 68, 000 cd/m ² , dat was voor een groene QLED vorig jaar gerapporteerd door Lei Qian, et al. De nieuwe blauwe QLED vertoonde een lagere helderheid van 2, 000 cd/m ² , maar lage blauwe prestaties waren een van de grootste nadelen van zowel QLED's als OLED's.

In gebieden behalve helderheid, de QLED's zijn ook verbeterd, maar blijven nog steeds achter bij OLED's. De efficiëntie van de nieuwe QLED's (7,3%, 5,8%, en 1,7% voor rood, groente, en blauwe apparaten, respectievelijk) verbeteren ten opzichte van eerdere QLED's, hoewel OLED's een efficiëntie tot 20% kunnen hebben. Een andere uitdaging voor beide QLED's (en in mindere mate OLED's) is de levensduur. Sinds het vroege onderzoek van de jaren '90, De levensduur van QLED's is niet verbeterd na enkele tientallen uren, en ze ervaren een snelle achteruitgang binnen een paar uur na gebruik. QLED's met omgekeerde structuren, zoals die hier worden gebruikt, kan een halfwaardetijd hebben van maximaal 600 uur, vergeleken met tienduizenden voor OLED's.

Hoewel QLED's niet overeenkomen met de prestaties van OLED's, de ingenieurs leggen uit dat QLED's een aantal potentiële voordelen hebben die ze de moeite waard maken om verder te onderzoeken.

“De lichtopbrengst van de beste OLED's (fosforescente OLED's) en anorganische LED's zijn vergelijkbaar, tot ~100 lm/W voor witte emissie, ' zei Changhee Lee. “Echter, de efficiëntie van QLED's loopt nog ver achter, ongeveer 10 keer lager. De efficiëntie van rode en groene QLED's die in ons artikel worden vermeld, is vergelijkbaar met de efficiëntie van de beste 'fluorescerende' OLED's, die fluorescerende organische kleurstoffen gebruiken als emitters. Natuurlijk, de levensduur van QLED's is op dit moment veel lager dan die van OLED's en anorganische LED's. De potentiële voordelen van QLED's zijn:(1) veel smallere emissiebandbreedte (volledige breedte bij half maximaal ~30 nm vergeleken met 60-80 nm van OLED's), wat betekent dat QLED's een meer verzadigde en zuiverdere kleur hebben dan OLED's; (2) gemakkelijker afstembaarheid van emissiekleuren in het gehele zichtbare bereik door eenvoudig de deeltjesgrootte en vorm te regelen met dezelfde chemische samenstelling voor de QD; (3) en daarom zijn de kosten van emitters veel lager voor QLED's, terwijl organische fosforescerende emitters die worden gebruikt voor de beste OLED's erg duur zijn.

Algemeen, de helderheid, efficiëntie, levenslang, en lage inschakelspanning van de nieuwe QLED's suggereren dat de quantum dot-apparaten veelbelovende toepassingen kunnen hebben als tv, computer, en telefoonschermen en verlichtingsapparaten. Omdat kwantumdots als inkt kunnen worden afgedrukt, deze displays en apparaten kunnen ook profiteren van goedkope productiemethoden.

"Ons toekomstplan is om de efficiëntie en betrouwbaarheid van QLED's verder te verbeteren, vooral, blauwe QLED's, ' zei Changhee Lee. “Tegelijkertijd we zullen een full-color actieve matrix QLED-display maken met behulp van onze verbeterde RGB QLED-technologie. We zullen ook werken aan de ontwikkeling van cd-vrije QLED's vanwege milieu- en veiligheidsproblemen in verband met cd. We hebben onlangs melding gemaakt van InP QLED's in Chemie van materialen , maar hun efficiëntie is erg laag. Daarom, we zullen werken aan de ontwikkeling van nieuwe voorlopers voor InP QD's en het verbeteren van de prestaties van cd-vrije OLED's.”

Copyright 2012 Phys.Org
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.