Rouge, vert, et des QLED bleues, avec les tensions appliquées dans le coin supérieur gauche. La QLED verte a une luminance de 168, 000 candelas par mètre carré, ce qui est plus de trois fois supérieur à la meilleure luminosité QLED précédente. Crédit image :Jeonghun Kwak, et al. ©2012 Société chimique américaine
(Phys.org) - Bien que les diodes électroluminescentes à base de points quantiques (QLED) ne soient pas constituées de matériaux organiques, ils partagent bon nombre des mêmes avantages que les LED organiques (OLED). Par exemple, les QLED et les OLED surpassent les LED à base de semi-conducteurs en termes de plus grande flexibilité, meilleure qualité de couleur, et un potentiel de coût inférieur puisqu'ils peuvent être fabriqués à l'aide d'un processus simple sur un substrat de grande surface. Mais depuis la démonstration des premières QLED au milieu des années 90, environ une décennie après les OLED, leurs performances sont à la traîne des OLED malgré des améliorations continues. Maintenant dans une nouvelle étude, une équipe de chercheurs de Corée du Sud a conçu et démontré des QLED avec une efficacité améliorée et une luminosité sans précédent qui correspond à la luminosité des meilleurs OLED fluorescents d'aujourd'hui.
Les équipes de recherche de l'Université nationale de Séoul, Corée du Sud, dirigé par Changhee Lee, Kookheon Char, et Seonghoon Lee, ont publié leur étude dans un récent numéro de Lettres nano .
Comme l'expliquent les chercheurs dans leur étude, la clé pour améliorer la luminosité et l'efficacité des QLED est d'améliorer l'injection d'électrons et de trous porteurs de courant dans les points quantiques. Plus les électrodes peuvent injecter efficacement des électrons et des trous dans les points quantiques, plus efficacement l'appareil peut émettre de la lumière. D'habitude, l'anode est en oxyde d'indium-étain, dont la transparence laisse échapper la lumière. Mais ici, les chercheurs ont inversé le dispositif en faisant de l'oxyde d'indium et d'étain la cathode à l'aide de nanoparticules d'oxyde de zinc comme couche de transport d'électrons, qui a effectué l'injection de porteurs de charge beaucoup plus efficacement qu'auparavant.
« La cause la plus importante de la faible performance des QLED est la mauvaise injection de trous dans les points quantiques (QD) à partir de l'anode et de la couche de transport de trous voisine en raison d'une énorme barrière d'énergie potentielle, " Changhee Lee a dit Phys.org . « À cause de cela, l'équilibre électron-trou n'est pas atteint, résultant en une faible efficacité quantique et une faible luminosité maximale. Par ailleurs, les électrons ou trous en excès, qui ne se recombinent pas dans la couche QD et pénètrent dans les couches organiques voisines de transport de trous ou de transport d'électrons (HTL ou ETL), peut provoquer un courant de fuite et une dégradation de l'appareil, résultant en une efficacité et une stabilité médiocres. Par conséquent, une bonne injection de porteurs est un facteur clé pour réaliser des QLED hautes performances.
En modelant des points quantiques de différentes tailles sur la couche de nanoparticules d'oxyde de zinc, les ingénieurs pouvaient fabriquer des QLED de trois couleurs différentes :rouge, vert, et bleu. Alors que les niveaux de luminosité QLED précédents étaient de l'ordre de 10, 000 candelas (cd) par m 2 , le nouveau QLED rouge affiche une luminosité de 23, 000 cd/m 2 et le vert a obtenu un remarquable 218, 000 cd/m 2 – le plus haut jamais atteint pour un QLED et comparable aux meilleurs OLED. La luminosité QLED la plus élevée précédente est de 68, 000 cd/m 2 , qui était pour un QLED vert rapporté l'année dernière par Lei Qian, et al. Le nouveau QLED bleu affiche une luminosité inférieure de 2, 000 cd/m 2 , mais les faibles performances en bleu ont été l'un des plus gros inconvénients des QLED et des OLED.
Dans les domaines autres que la luminosité, les QLED se sont également améliorés mais sont toujours à la traîne des OLED. Les rendements des nouvelles QLED (7,3 %, 5,8%, et 1,7% pour le rouge, vert, et appareils bleus, respectivement) s'améliorer par rapport aux QLED précédentes, bien que les OLED puissent avoir des efficacités allant jusqu'à 20 %. Un autre défi pour les QLED (et les OLED dans une moindre mesure) est la durée de vie. Depuis les premières recherches des années 90, Les durées de vie des QLED ne se sont pas améliorées au-delà de quelques dizaines d'heures, et ils subissent une détérioration rapide en quelques heures de fonctionnement. QLED à structures inversées, comme ceux utilisés ici, peut avoir des demi-vies allant jusqu'à 600 heures, contre des dizaines de milliers pour les OLED.
Bien que les QLED ne correspondent pas aux performances des OLED, les ingénieurs expliquent que les QLED présentent quelques avantages potentiels qui méritent d'être approfondis.
« Les rendements lumineux des meilleures OLED (OLED phosphorescentes) et des LED inorganiques sont comparables, jusqu'à ~100 lm/W pour l'émission blanche, », a déclaré Changhee Lee. « Cependant, l'efficacité des QLED est encore loin derrière, environ 10 fois moins. L'efficacité des QLED rouges et vertes rapportée dans notre article est comparable à l'efficacité des meilleures OLED « fluorescentes », qui utilisent des colorants organiques fluorescents comme émetteurs. Bien sûr, la durée de vie des QLED est actuellement bien inférieure à celle des OLED et des LED inorganiques. Les avantages potentiels des QLED sont :(1) une bande passante d'émission beaucoup plus étroite (largeur totale à mi-hauteur ~30 nm par rapport aux 60-80 nm des OLED), ce qui signifie que les QLED ont une couleur plus saturée et plus pure que les OLED; (2) accordabilité plus facile des couleurs d'émission dans toute la gamme visible en contrôlant simplement la taille et la forme des particules avec la même composition chimique pour le QD; (3) et donc le coût des émetteurs est bien inférieur pour les QLED alors que les émetteurs phosphorescents organiques utilisés pour les meilleures OLED sont très chers.
Globalement, la luminosité, Efficacité, durée de vie, et la faible tension d'allumage des nouvelles QLED suggèrent que les dispositifs à points quantiques pourraient avoir des applications prometteuses comme la télévision, ordinateur, et des écrans de téléphone ainsi que des dispositifs d'éclairage. Étant donné que les points quantiques peuvent être imprimés sous forme d'encre, ces écrans et appareils pourraient également bénéficier de méthodes de production à faible coût.
« Notre futur plan est d'améliorer encore l'efficacité et la fiabilité des QLED, en particulier, QLED bleues, », a déclaré Changhee Lee. « En parallèle, nous allons créer un écran QLED à matrice active en couleur en utilisant notre technologie RGB QLED améliorée. Nous travaillerons également au développement de QLED sans Cd en raison des problèmes d'environnement et de sécurité liés au Cd. Nous avons récemment signalé les QLED InP dans Chimie des Matériaux , mais leur efficacité est très faible. Par conséquent, nous travaillerons au développement de nouveaux précurseurs pour les QD InP et à l'amélioration des performances des OLED sans Cd.
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