Многослойная конфигурация позволила изготовить синие светодиоды на квантовых точках со значительно улучшенными яркостью и насыщенностью по цвету. Создание синих светодиодов с излучательными характеристиками практически того же порядка, что у зеленых и красных светодиодов упрощает задачу применения всех трех в цветных дисплеях.
В следующих поколениях плоских дисплеев и твердотельных осветительных систем основной проблемой станет максимизация эффективности, яркости, цветовой насыщенности, площади излучательной поверхности и совместимости с другими системами. Недавние исследования в области электролюминесценции коллоидных нанокристаллических квантовых точек (КТ) соединений элементов из столбцов II-VI периодической таблицы показали, что светодиоды на квантовых точках могут стать дешевой и эффективной альтернативой.
В частности, благодаря исключительно узкому спектру излучения популяций монодисперсных КТ- полная ширина полосы на половине максимума интенсивности – порядка 18–30 нм, светодиоды на КТ производят более цветонасыщенные красный и зеленый цвета, имеющие гораздо лучшую спектральную чистоту, чем жидкие кристаллы и органические светодиоды, что перспективно для цветных дисплеев. КТ светодиоды имеют на 30% более высокую спектральную чистоту, чем катодно-лучевые трубки, которые до сих пор считаются эталоном цветопередачи. Таким образом, поскольку дисплей на КТ световодах создает такую исключительную возможность для цветопередачи, улучшение и выравнивание индивидуальных характеристик каждого из цветных светодиодов приведет к беспрецедентному увеличению цветов, которые могут быть воспроизведены. Серьезным тормозом на пути этой технологии до сих пор была разработка синих КТ светодиодов.
В отличие от зеленых и красных длин волн, синяя часть видимого спектра характеризуется низкой эффективностью светимости. Для компенсации светимости синие светодиоды требуют более высокой излучательной способности, чем их красные или зеленые аналоги. Это, в свою очередь, требует синие светодиоды с узкой полосой излучения и «чистыми» спектральными характеристиками.
Рис. 1. Спектр излучения светодиода на КТ, измеренный при смещении в 5,5В
В сотрудничестве с фирмой Ocean Nanotech LLC, группа исследований нанофотоники департамента инженерных наук и механики Университета Пеннсильвании (Pennsylvania State University) во главе с Джайан Ху (Jian Xu) объявила о результатах разработки синих КТ светодиодов, характеристики которых значительно превосходят все известные результаты.
Светодиод в новом эксперименте был изготовлен как многослойная структура, конструктивно представляющая собой сердечник и оболочку из, соответственно, CdS и ZnS квантовых точек. При малом управляющем напряжении в 5,5 В устройство эмиттирует спектрально чистое синее излучение с исключительно узкой спектральной полосой порядка 20 нм и высокой яркостью до 1600 Кд.кв.м (см. Рис.1. Спектр излучения светодиода на КТ, измеренный при смещении в 5,5В. Верхние вставки- микрофотографии излучательной поверхности светодиода при яркостях излучения, соответственно, 100 и 600 Кд/кв.м. Нижняя вставка- изображение светодиода на КТ из CdS/ZnS, полученное с помощью высокоразрешающего электронного микроскопа).
Длинноволновый «хвост» спектральной характеристики излучения нового светодиода был предельно минимизирован и составил менее, чем 5% от суммарного излучения, что говорит о высокой насыщенности синего излучения с поверхности светодиода. По сравнению с известными описанными светодиодами, новый излучатель имеет значительные преимущества в рабочих характеристиках. Многие из них получены благодаря уменьшенной плотности дефектов в структуре сердечник/оболочка, минимальной концентрации свободных атомов легирующих компонентов в пленке КТ и многослойной конструкции светодиода, что привело к эффективному процессу излучения. В дополнение, низкие уровни управляющего напряжения и высокая яркость излучения, полученные в новом синем светодиоде, сравнимы с аналогичными параметрами зеленых и красных излучателей, практически ликвидируя отставание в технологии изготовления синих светодиодов с высокими эксплуатационными характеристиками.
Евгений Биргер
