Сложный цвет
Квантовые точки (QD) – это полупроводниковые частицы, диаметр которых составляет несколько нанометров (что в десятки тысяч раз меньше, чем толщина человеческого волоса). При свечении они излучают свет определённого спектра, который зависит от их размера. Синие квантовые точки, имеющие самую большую запрещённую зону (разница энергий между верхом валентной зоны электронов и низом зоны проводимости) среди светодиодов 3-х основных цветов, быстро окисляются под воздействием внешнего света, в результате чего они имеют малый срок службы и низкую светоотдачу (отношение излучаемого светового потока к общему входному потоку источника). Из-за этого до сих пор компании не могли разработать технологию, которую можно бы было использовать для изготовления квантовых точек синего цвета.
Решение новых задач
В институте SAIT удалось создать технологию синего QLED, добившись лучших в индустрии результатов, в том числе повышения световой отдачи на 20,2%, максимальной освещённости 88.900 нит и срока службы QLED-светодиода в 16.000 часов (измерено при половинной яркости для освещённости 100 нит). Эти результаты были зафиксированы в исследовании под названием «Эффективный и стабильный синий светоизлучающий диод для технологии квантовых точек», которое было опубликовано журналом Nature 14 октября 2020 года.
«Благодаря уникальной технологии квантовых точек Samsung преодолел ограничения, с которыми сталкивается отрасль, – отметил д-р Эунджу Джанг (Dr. Eunjoo Jang), научный сотрудник Samsung и один из авторов изобретения. – Мы продолжим исследования, чтобы ускорить коммерциализацию светодиодов для технологии квантовых точек (QLED)».
Квантовые точки состоят из базовой структуры, имеющей, в свою очередь, ядро, оболочку и несколько лигандов (ядро поглощает и повторно излучает свет, а слой оболочки, окружающий сердцевину квантовой точки, увеличивает её срок службы и повышает эффективность фотолюминесценции, предотвращая повреждения, связанные с температурой и влажностью. Имеющие форму разветвлений, лиганды расположены на поверхности оболочки квантовой точки и помогают поддерживать расстояние между частицами). Чтобы обеспечить лучшую стабильность материалов квантовых точек, добиться хорошего квантового выхода и увеличить срок службы светодиодов, исследователи применили структуру с двойными излучающими слоями квантовых точек и более короткими лигандами на поверхности синих светодиодов, одновременно с этим увеличив скорость инжекции тока.
Доктор Тэхён Ким (Dr. Taehyung Kim), главный научный сотрудник и первый автор исследования, отметил: «Это имеет большое значение, поскольку мы не только установили характеристики светоизлучающих диодов для квантовых точек, но и доказали, что эта технология может обеспечить первоклассные характеристики на уровне отдельных элементов».
Samsung Electronics Develops Industry-leading Blue QLED Technology
Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), Samsung’s R&D hub dedicated to cutting-edge future technologies has secured industry-leading cadmium-free blue Quantum Dot light-emitting diodes (QLEDs) performance.
Since blue is known to be the most difficult color to implement out of the three primary QLED colors (red, blue and green), this achievement – coming in the wake of Samsung’s development of red QLED technology last November – once again proves Samsung’s excellence in the quantum dot technology sphere.
Blue Proves the Most Difficult of the Three Primary QLED Colors
Quantum dots (QDs) are semiconductor particles that measure a few nanometers in diameter (tens of thousands of times narrower than a single human hair). When illuminated, they re-emit light of a certain color depending on their size.
The blue QD, which has the largest band gap(1) among the three primary colors, rapidly oxidizes upon exposure to external light, resulting in a short lifespan and low luminous efficiency.(2) For this reason, up to now the industry had failed to develop even the technology required for blue quantum dot light-emitting diodes.
Overcoming Another Challenge by Developing Blue QLED Technology
But now, SAIT has successfully developed blue QLED technology, achieving industry-leading results such as 20.2% improved luminous efficiency, 88,900 nits of maximum luminance and 16,000 hours of QLED lifetime (measured at half-brightness for 100-nit luminance). These results were recorded in a study titled “Efficient and stable blue quantum dot light-emitting diode”, which was published by the journal Nature on October 14, 2020.
“Samsung’s distinctive quantum dot technology has once again overcome the limitations of existing technology in the industry,” noted Dr. Eunjoo Jang, Samsung Fellow and corresponding author for the study. “I hope that this study goes on to help accelerate the commercialization of Quantum Dot light-emitting diodes (QLEDs).”
Quantum dots are made up of a basic structure of a core, a shell, and multiple ligands.(3) In order to better stabilize the QD materials and secure durable photoresponse functionality, the researchers applied a structure with quantum dot double emitting layers and shorter ligands on the surface of the blue-light-emitting QDs while also improving current injection rates.
Dr. Taehyung Kim, Principal Researcher and the first author of the study, said, “This research is meaningful in that we have not only established Quantum Dot light-emitting diode performance, but have also proven that the technology can deliver top-notch performance at the element level.”
1 The difference of energy between the valence band of electrons and the conduction band.
2 The ratio of the emitting luminous flux to the total input flux of source.
3 The core absorbs and re-emits light, while the shell layer surrounding the QD core improves lifespan and photoluminescence efficiency by preventing temperature/humidity-related damage. The branch-shaped ligands are located on the surface of the QD’s shell and help maintain inter-particle distance.
