Квантові точки покращують світлодіодне освітлення

Крихітні напівпровідникові кристали можуть створювати кращі кольори для освітлення та комп’ютерних дисплеїв

09 грудня 2009 р.
3 хв читання

9 грудня 2009 р. – Наступною великою подією в галузі твердотільного освітлення може стати надзвичайно крихітна квантова точка. Минулого тижня дослідники з усього світу зібралися на осінньому засіданні Товариства дослідження матеріалів у Бостоні, щоб обговорити прогрес, якого вони досягли у використанні квантових точок для покращення кольору та ефективності світлодіодів (LED).

Квантові точки – це нанометрові шматочки напівпровідникового матеріалу, такого як селенід кадмію, які флуоресціюють при збудженні фотонами або електронами. Вибираючи певний матеріал і певний розмір, дослідники можуть точно налаштувати довжину хвилі випромінюваного світла. Загалом, точка діаметром 2 нанометри випромінює синє світло, 4 нм – зелене, а 6 нм – червоне.

Сет Коу-Салліван (Seth Coe-Sullivan), головний технічний директор компанії QD Vision, яка працює над створенням квантових точок для використання в освітленні та дисплеях, каже, що перевага квантових точок полягає в можливості підбирати потрібний колір без втрати ефективності. Сучасні світлодіоди білого світла складаються з синього світлодіода, покритого люмінофором, який збуджується світлодіодом і випромінює жовте або оранжеве світло. Поєднання синього і жовтого кольорів дає холодне біле світло, в якому відсутні червоні фотони, тому людська шкіра, серед іншого, виглядає під ним неприродно. Існують люмінофори, які можуть виробляти колір, ближчий до кольору лампи розжарювання, але вони мають 30-відсоткове падіння енергоефективності.

На противагу цьому, каже Коу-Салліван, компанія QD Vision виготовила оптику, покриту тонкою плівкою квантових точок, яка надягається на синю світлодіодну лампу. Завдяки оптиці лампа виробляє світло з колірною температурою 2700 кельвінів – приблизно такою ж, як у лампи розжарювання. Вона має індекс передачі кольору (міра того, наскільки “природні” кольори виглядають під нею) 90, порівняно з 95 для лампи розжарювання і менше 75 для більшості білих світлодіодів. Вона також виробляє 65 люменів на ват, що є значним поліпшенням у порівнянні з 15 лм/Вт ламп розжарювання і на рівні з компактними флуоресцентними лампами. QD Vision розпочала постачання цієї оптики двом виробникам освітлювальних приладів; лампи повинні з’явитися на полицях магазинів до січня.

“Основна перевага квантової точки полягає в тому, що ви можете отримати дійсно ефективну лампочку з високоякісним індексом передачі кольору”, – говорить Володимир Булович, професор електротехніки і керівник лабораторії органічної і наноструктурованої електроніки в Массачусетському технологічному інституті (MIT). За його словами, оптика QD Vision являє собою перший практичний оптоелектронний пристрій, заснований на цій технології. Коу-Салліван захищав свою докторську дисертацію в лабораторії Буловіча, а Буловіч є засновником QD Vision.

Буловіч та інші дослідники працюють над створенням світлодіодів на квантових точках, які накачуються електричним струмом, що усуває необхідність використання світлодіода на основі нітриду галію в якості джерела фотонів. Але електролюмінесцентні світлодіоди, вироблені поки що в лабораторіях, все ще знаходяться на ранніх стадіях. Щоб зробити такі пристрої, дослідники щільно упаковують квантові точки в органічну тонку плівку, яка діє як транспортний шар для електронів. Але це знижує люмінесцентну ефективність точок з більш ніж 90 відсотків до приблизно 15 відсотків.

Перше практичне використання світлодіодів з електричним накачуванням квантових точок, ймовірно, буде в дисплеях, таких як комп’ютерні монітори, де, за словами Буловича, вони забезпечать більш насичений колір, ніж органічні світлодіоди, але при цьому збережуть простоту виготовлення і гнучкість цієї технології. Твердотільне освітлення на основі квантових точок з електричним накачуванням займе більше часу, тому що досягнення яскравості, необхідної для загального освітлення, вимагає живлення світлодіодів більшим струмом, що скорочує їхній термін служби. Але Буловіч впевнений, що дослідники з часом досягнуть цієї мети. Одним із способів продовження терміну служби може стати заміна деяких органічних матеріалів у світлодіодах на оксиди металів або халькогеніди, які не будуть руйнуватися під впливом повітря і вологи.

Джерело: Bulovic lab

Зіткнення кольорів

Смужки квантових точок електрично накачуються для випромінювання світла.

Буловіч не турбується про підвищення ефективності. Просто потрібно витратити час, щоб дізнатися більше про хімію, розподіл за розміром і формою та інші технічні деталі квантових точок. “Немає нічого неможливого у створенні надзвичайно довговічних, дуже яскравих, дуже стабільних світлодіодів на основі квантових точок в довгостроковій перспективі”, – говорить він. “Це просто займе кілька років, щоб дістатися туди”.

Про автора

Ніл Севідж пише про науку і технології з Лоуелла, штат Массачусетс. У листопаді 2009 року він повідомив про успіхи в розробці стекової пам’яті з фазовою зміною високої щільності.

Source: spectrum.ieee.org