Vermelho, verde, e QLEDs azuis, com as tensões aplicadas no canto superior esquerdo. O QLED verde tem uma luminância de 168, 000 candelas por metro quadrado, que é mais de três vezes maior do que o melhor brilho QLED anterior. Crédito da imagem:Jeonghun Kwak, et al. © 2012 American Chemical Society
(Phys.org) - Embora os diodos emissores de luz baseados em pontos quânticos (QLEDs) não sejam feitos de materiais orgânicos, eles compartilham muitas das mesmas vantagens dos LEDs orgânicos (OLEDs). Por exemplo, tanto QLEDs quanto OLEDs ofuscam os LEDs baseados em semicondutores em termos de sua maior flexibilidade, melhor qualidade de cor, e potencial para custo mais baixo, uma vez que podem ser fabricados usando um processo simples em um substrato de grande área. Mas desde que os primeiros QLEDs foram demonstrados em meados dos anos 90, cerca de uma década após os OLEDs, seu desempenho ficou atrás dos OLEDs, apesar das melhorias contínuas. Agora em um novo estudo, uma equipe de pesquisadores da Coréia do Sul projetou e demonstrou QLEDs com eficiência aprimorada e brilho sem precedentes que correspondem ao brilho dos melhores OLEDs fluorescentes da atualidade.
As equipes de pesquisa da Universidade Nacional de Seul, Coreia do Sul, liderado por Changhee Lee, Kookheon Char, e Seonghoon Lee, publicaram seu estudo em uma edição recente da Nano Letras .
Como os pesquisadores explicam em seu estudo, a chave para melhorar o brilho e a eficiência dos QLEDs é melhorar a injeção de elétrons portadores de corrente e buracos nos pontos quânticos. Quanto mais eficientemente os eletrodos podem injetar elétrons e buracos nos pontos quânticos, mais eficientemente o dispositivo pode emitir luz. Usualmente, o ânodo é feito de óxido de índio e estanho, cuja transparência permite que a luz escape. Mas aqui, os pesquisadores inverteram o dispositivo tornando o óxido de índio e estanho o cátodo com a ajuda de nanopartículas de óxido de zinco como uma camada de transporte de elétrons. que executou a injeção de portador de carga com muito mais eficiência do que antes.
“A causa mais importante do baixo desempenho dos QLEDs é a má injeção de orifícios nos pontos quânticos (QDs) do ânodo e da camada de transporte do orifício vizinho devido a uma enorme barreira de energia potencial, ”Changhee Lee disse Phys.org . “Por causa disso, o equilíbrio elétron-buraco não é alcançado, resultando em baixa eficiência quântica e baixo brilho máximo. Além disso, o excesso de elétrons ou lacunas, que não se recombinam na camada QD e entram nas camadas orgânicas vizinhas de transporte de lacunas ou de transporte de elétrons (HTL ou ETL), pode causar fuga de corrente e degradação do dispositivo, resultando em baixa eficiência e estabilidade. Portanto, boa injeção de portador é um fator chave para a realização de QLEDs de alto desempenho. ”
Ao padronizar pontos quânticos de tamanhos diferentes na camada de nanopartículas de óxido de zinco, os engenheiros podiam fabricar QLEDs de três cores diferentes:vermelho, verde, e azul. Considerando que os níveis de brilho QLED anteriores estavam na faixa de 10, 000 candelas (cd) por m 2 , o novo QLED vermelho exibiu um brilho de 23, 000 cd / m 2 e o verde alcançou um notável 218, 000 cd / m 2 - o mais alto de sempre para um QLED e comparável aos melhores OLEDs. O brilho QLED mais alto anterior é 68, 000 cd / m 2 , que era para um QLED verde relatado no ano passado por Lei Qian, et al. O novo QLED azul exibiu um brilho inferior de 2, 000 cd / m 2 , mas o baixo desempenho de blue tem sido uma das maiores desvantagens de QLEDs e OLEDs.
Em áreas além do brilho, os QLEDs também melhoraram, mas ainda estão atrás dos OLEDs. As eficiências dos novos QLEDs (7,3%, 5,8%, e 1,7% para vermelho, verde, e dispositivos azuis, respectivamente) melhorar em relação aos QLEDs anteriores, embora os OLEDs possam ter eficiências de até 20%. Outro desafio para os QLEDs (e para os OLEDs em menor grau) é o tempo de vida. Desde as primeiras pesquisas dos anos 90, A vida útil do QLED não melhorou depois de algumas dezenas de horas, e eles experimentam rápida deterioração dentro de algumas horas de operação. QLEDs com estruturas invertidas, como os usados aqui, pode ter meia-vida de até 600 horas, em comparação com dezenas de milhares de OLEDs.
Embora os QLEDs não correspondam ao desempenho dos OLEDs, os engenheiros explicam que os QLEDs têm algumas vantagens potenciais que os tornam dignos de uma investigação mais aprofundada.
“A eficiência luminosa dos melhores OLEDs (OLEDs fosforescentes) e LEDs inorgânicos são comparáveis, até ~ 100 lm / W para emissão de branco, ”Changhee Lee disse. “No entanto, a eficiência dos QLEDs ainda está muito atrás, cerca de 10 vezes menor. A eficiência dos QLEDs vermelhos e verdes relatada em nosso artigo é comparável à eficiência dos melhores OLEDs 'fluorescentes', que usam corantes orgânicos fluorescentes como emissores. Claro, a vida útil dos QLEDs é muito menor do que os OLEDs e LEDs inorgânicos atualmente. As vantagens potenciais dos QLEDs são:(1) largura de banda de emissão muito mais estreita (largura total na metade no máximo ~ 30 nm em comparação com 60-80 nm de OLEDs), o que significa que os QLEDs têm cores mais saturadas e puras do que os OLEDs; (2) ajuste mais fácil de cores de emissão em toda a faixa visível, simplesmente controlando o tamanho e a forma das partículas com a mesma composição química para o QD; (3) e, portanto, o custo dos emissores são muito mais baixos para QLEDs, enquanto os emissores fosforescentes orgânicos usados para os melhores OLEDs são muito caros. ”
Geral, a claridade, eficiência, tempo de vida, e baixa tensão de ativação dos novos QLEDs sugerem que os dispositivos de pontos quânticos poderiam ter aplicações promissoras como TV, computador, e telas de telefone, bem como dispositivos de iluminação. Uma vez que os pontos quânticos podem ser impressos como tinta, esses monitores e dispositivos também podem se beneficiar de métodos de produção de baixo custo.
“Nosso plano futuro é melhorar ainda mais a eficiência e a confiabilidade dos QLEDs, em particular, QLEDs azuis, ”Changhee Lee disse. “Paralelamente, faremos um display QLED de matriz ativa em cores usando nossa tecnologia RGB QLED aprimorada. Também trabalharemos no desenvolvimento de QLEDs sem Cd devido a questões ambientais e de segurança relacionadas ao Cd. Recentemente, relatamos QLEDs do InP em Química de Materiais , mas sua eficiência é muito baixa. Portanto, trabalharemos no desenvolvimento de novos precursores para InP QDs e na melhoria do desempenho de OLEDs sem Cd. ”
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