Rojo, verde, y QLED azules, con los voltajes aplicados en la esquina superior izquierda. El QLED verde tiene una luminancia de 168, 000 candelas por metro cuadrado, que es más de tres veces mayor que el mejor brillo QLED anterior. Crédito de la imagen:Jeonghun Kwak, et al. © 2012 Sociedad Química Estadounidense
(Phys.org) - Si bien los diodos emisores de luz basados en puntos cuánticos (QLED) no están hechos de materiales orgánicos, comparten muchas de las mismas ventajas que los LED orgánicos (OLED). Por ejemplo, tanto los QLED como los OLED eclipsan a los LED basados en semiconductores en términos de su mayor flexibilidad, mejor calidad de color, y potencial de menor costo ya que se pueden fabricar usando un proceso simple en un sustrato de área grande. Pero desde que se demostraron los primeros QLED a mediados de los 90, aproximadamente una década después de los OLED, su rendimiento se ha quedado atrás de los OLED a pesar de las mejoras continuas. Ahora en un nuevo estudio, un equipo de investigadores de Corea del Sur ha diseñado y demostrado QLED con una eficiencia mejorada y un brillo sin precedentes que coincide con el brillo de los mejores OLED fluorescentes de la actualidad.
Los equipos de investigación de la Universidad Nacional de Seúl, Corea del Sur, dirigido por Changhee Lee, Kookheon Char, y Seonghoon Lee, han publicado su estudio en un número reciente de Nano letras .
Como explican los investigadores en su estudio, la clave para mejorar el brillo y la eficiencia de los QLED es mejorar la inyección de electrones portadores de corriente y agujeros en los puntos cuánticos. Cuanto más eficientemente los electrodos puedan inyectar electrones y agujeros en los puntos cuánticos, cuanto más eficientemente pueda emitir luz el dispositivo. Generalmente, el ánodo está hecho de óxido de indio y estaño, cuya transparencia deja escapar la luz. Pero aquí, Los investigadores invirtieron el dispositivo haciendo que el óxido de indio y estaño fuera el cátodo con la ayuda de nanopartículas de óxido de zinc como capa de transporte de electrones. que realizó la inyección del portador de carga de manera mucho más eficiente que antes.
“La causa más importante del bajo rendimiento de los QLED es la mala inyección de agujeros en los puntos cuánticos (QD) desde el ánodo y la capa de transporte de agujeros vecinos debido a una enorme barrera de energía potencial, "Changhee Lee dijo Phys.org . "Por eso, no se logra el equilibrio entre electrones y huecos, resultando en una baja eficiencia cuántica y un bajo brillo máximo. Es más, el exceso de electrones o huecos, que no se recombinan en la capa QD y entran en las capas vecinas de transporte de huecos orgánicos o de transporte de electrones (HTL o ETL), puede provocar una fuga de corriente y la degradación del dispositivo, resultando en poca eficiencia y estabilidad. Por lo tanto, Una buena inyección de portadores es un factor clave para realizar QLED de alto rendimiento ".
Al modelar puntos cuánticos de diferentes tamaños en la capa de nanopartículas de óxido de zinc, los ingenieros pudieron fabricar QLED de tres colores diferentes:rojo, verde, y azul. Mientras que los niveles de brillo QLED anteriores estaban en el rango de 10, 000 candelas (cd) por m 2 , el nuevo QLED rojo mostró un brillo de 23, 000 cd / m 2 y el green logró un notable 218, 000 cd / m 2 - el más alto para un QLED y comparable a los mejores OLED. El brillo QLED más alto anterior es 68, 000 cd / m 2 , que fue para un QLED verde informado el año pasado por Lei Qian, et al. El nuevo QLED azul mostró un brillo más bajo de 2, 000 cd / m 2 , pero el bajo rendimiento azul ha sido una de las mayores desventajas tanto de los QLED como de los OLED.
En áreas además del brillo, los QLED también han mejorado, pero todavía están por detrás de los OLED. Las eficiencias de los nuevos QLED (7,3%, 5,8%, y 1,7% para el rojo, verde, y dispositivos azules, respectivamente) mejoran con respecto a los QLED anteriores, aunque los OLED pueden tener eficiencias de hasta el 20%. Otro desafío para los QLED (y los OLED en menor medida) es la vida útil. Desde las primeras investigaciones de los años 90, La vida útil de QLED no ha mejorado después de unas pocas decenas de horas, y experimentan un rápido deterioro a las pocas horas de funcionamiento. QLED con estructuras invertidas, como los que se usan aquí, puede tener una vida media de hasta 600 horas, en comparación con decenas de miles de OLED.
Aunque los QLED no coinciden con el rendimiento de los OLED, los ingenieros explican que los QLED tienen algunas ventajas potenciales que hacen que valga la pena seguir investigando.
“La eficiencia luminosa de los mejores OLED (OLED fosforescentes) y LED inorgánicos es comparable, hasta ~ 100 lm / W para emisión de blancos, ”Dijo Changhee Lee. sin embargo, la eficiencia de los QLED aún está muy por detrás, aproximadamente 10 veces más bajo. La eficiencia de los QLED rojos y verdes informada en nuestro artículo es comparable a la eficiencia de los mejores OLED 'fluorescentes'. que utilizan tintes orgánicos fluorescentes como emisores. Por supuesto, la vida útil de los QLED es mucho menor que la de los OLED y los LED inorgánicos en este momento. Las posibles ventajas de los QLED son:(1) un ancho de banda de emisión mucho más estrecho (ancho completo a la mitad del máximo ~ 30 nm en comparación con los 60-80 nm de los OLED), lo que significa que los QLED tienen un color más saturado y más puro que los OLED; (2) ajuste más fácil de los colores de emisión en todo el rango visible simplemente controlando el tamaño y la forma de las partículas con la misma composición química para el QD; (3) y, por lo tanto, el costo de los emisores es mucho menor para los QLED, mientras que los emisores fosforescentes orgánicos utilizados para los mejores OLED son muy costosos ".
En general, el brillo, eficiencia, toda la vida, y el bajo voltaje de encendido de los nuevos QLED sugieren que los dispositivos de puntos cuánticos podrían tener aplicaciones prometedoras como TV, computadora, y pantallas de teléfonos, así como dispositivos de iluminación. Dado que los puntos cuánticos se pueden imprimir como tinta, Estas pantallas y dispositivos también podrían beneficiarse de métodos de producción de bajo costo.
“Nuestro plan futuro es mejorar aún más la eficiencia y confiabilidad de los QLED, en particular, QLED azules, ”Dijo Changhee Lee. "En paralelo, Haremos una pantalla QLED de matriz activa a todo color utilizando nuestra tecnología RGB QLED mejorada. También trabajaremos en el desarrollo de QLED sin Cd debido a preocupaciones ambientales y de seguridad relacionadas con el Cd. Recientemente informamos sobre los QLED de InP en Química de Materiales , pero su eficiencia es muy baja. Por lo tanto, trabajaremos en el desarrollo de nuevos precursores para InP QD y en la mejora del rendimiento de los OLED sin Cd ".
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