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柔性、超纯绿色发光二极管问世
2017-09-14


[据苏黎世联邦理工学院网站201796日报道] 瑞士苏黎世联邦理工学院首次在室温条件下,采用钙钛矿材料成功制备出超纯绿色发光二极管。新的发光二极管为改进超高清显示器色彩质量铺平道路。



Chih-Jen Shih教授对该突破非常满意:“迄今为止,没有人像我们那样制备出高纯度绿光。”他指向一个超薄、可弯曲的发光二极管,该发光二极管展示出明亮绿色色调的“ETH”三个字母。



该进展是重要的,尤其是对用于电视机和智能手机的下一代超高清显示器而言是至关重要的。



电子器件首先必须能够生产超纯红光、蓝光和绿光,以支持下一代显示器,使得图像颜色更鲜明、更清晰、细节更丰富、各种颜色更纯。对于大部分而言,红光和蓝光已成为可能;然而到目前为止,绿光已达到技术极限。



苏黎世联邦理工学院功能材料工程系Wendelin Stark教授说:“这主要归因于人类认知,因为眼睛对绿色色调比对红色色调、蓝色色调更灵敏。这使得超纯绿光的制备技术非常复杂,当涉及到开发技术和材料时,给我们带来了挑战。”



高达99%的超纯绿光



通过Rec.2020标准可知,超纯绿光在下一代显示器的发展中取得了多大进步。国际标准定义了超高清显示器的技术要求,并为进一步的研究和开发提供了框架。此外,要求还包括提高裸眼可察觉到的色彩质量。该标准提供色度标,显示器可再现色度标,并因此具有更宽范围颜色色调。



超纯绿光在拓展色彩范围方面起着重要作用。最终,通过红绿蓝三基色混合生成新的色调。基色越纯,屏幕可显示的色调范围越宽。新的发光二极管符合Rec.2020标准色彩范围的97%99%。通过对比,目前市场上颜色纯度最高的电视机显示器色彩覆盖范围仅为73.11%77.72%



低廉、可生产的发光二极管技术



苏黎世联邦理工学院功能材料工程系Wendelin Stark教授,以及韩国和台湾的研究人员,也对项目成果作出了贡献,研究成果发表在科技期刊《NANO LETTERS》。Chih-Jen Shih教授不仅在研究成果方面取得突破,还在材料、方法方面取得突破。研究人员已有效开发出超薄、可弯曲的发光二极管,采用简单的室温工艺能够发射纯绿光。研究人员认为:“这是此次突破的第二个方面,至少是同等重要的,直到现在发光二极管技术仍采用高温工艺制备纯光。整个工艺流程可在室温下实现,这为超纯绿色发光二极管的低成本工业化生产奠定了基础。”



更具体地说,研究人员采用纳米材料进一步开发发光二极管技术。一个发光二极管通常包括一个半导体晶体,将通过它的电流转化为辐射光。原材料通常采用铟镓氮,然而,这种材料不具有制备超纯绿光的理想性质。因此,研究人员采用钙钛矿代替铟镓氮,钙钛矿通常用于制备太阳电池,相对高效地将光转换为电。钙钛矿材料成本低、制备过程快速、简单,采用化学方法仅需半小时就可清除干净钙钛矿,并做好使用准备。



该技术采用的钙钛矿材料厚4.8纳米,色彩质量取决于所使用纳米晶体的厚度和形状。为了实现理想纯绿光,晶体不能太薄或者太厚。柔性、超薄发光二极管能像纸一样弯曲。因此,采用现有生产工艺可低成本、快速制备发光二极管。此外,该技术还有益于未来工业化生产。



下一步:提高效率



超纯绿色发光二极管首个工业化应用的实现,还需要一些时间。目前,市面上的电视机电光转换效率为5%~10%,新的发光二极管的电光转换效率仅为3%,研究人员希望进一步将其电光转换效率提高为6%~7%。市面上的显示器可以使用许多年,而该发光二极管的使用寿命仅为两个小时,因而研究人员希望提高该发光二极管的使用寿命。(工业和信息化部电子第一研究所   许文琪)



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