背景
在顯示技術(shù)領(lǐng)域，相信大家對(duì)于LED、OLED等新技術(shù)都不會(huì)陌生，筆者之前也介紹過有關(guān)這些技術(shù)的創(chuàng)新成果。但是說到QLED，大家或許會(huì)有點(diǎn)陌生，然而今天介紹的創(chuàng)新成果又恰好與QLED相關(guān)。
什么是QLED？它是 Quantum Dot Light Emitting Diodes 的縮寫，中文就是“量子點(diǎn)發(fā)光二極管”，它是一種不需要額外光源的自發(fā)光技術(shù)。為了更好的理解QLED，讓我們先重溫一下量子點(diǎn)（QD）技術(shù)。
量子點(diǎn)，是一系列極其微小的半導(dǎo)體納米晶體（尺寸在100納米以下），肉眼根本無法察覺。正是由于尺寸極小，所以其內(nèi)部電子在不同方向上的運(yùn)動(dòng)都會(huì)受到限制。因此其光學(xué)和電子屬性不同于大型粒子，它們會(huì)具有量子限域效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)、介電限域效應(yīng)等特殊的物理效應(yīng)。
當(dāng)半導(dǎo)體晶體達(dá)到納米尺寸后，通過對(duì)這種納米半導(dǎo)體材料施加一定的電場(chǎng)或光壓，不同大小的半導(dǎo)體納米晶體就會(huì)發(fā)射出不同頻率的光，如果是在可見光頻譜范圍內(nèi)的話，最明顯的就是顏色的變化。
（圖片來源于：維基百科）
量子點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V，例如半導(dǎo)體晶體管、太陽能電池、LED、量子計(jì)算、醫(yī)療成像等。其中，與LED技術(shù)相結(jié)合就變成了QLED。QLED的發(fā)光中心由量子點(diǎn)構(gòu)成。其發(fā)光形式有兩種：一是采用在GaN基LED中作為光轉(zhuǎn)換層，有效吸收藍(lán)光發(fā)射出波長(zhǎng)在可見光范圍內(nèi)精確可調(diào)的各色光；二是采用其電致發(fā)光形式，將其涂敷于薄膜電極之間而發(fā)光，實(shí)現(xiàn)QLED發(fā)光。
量子點(diǎn)對(duì)于LED技術(shù)產(chǎn)生的影響是廣泛而深遠(yuǎn)的，QLED技術(shù)也意味著LED照明技術(shù)有望走向一個(gè)新的時(shí)代。
創(chuàng)新
近日，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院（KAIST）物理系教授 Yong-Hoon Cho 及其團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)金屬納米結(jié)構(gòu)基板，成功提升了量子點(diǎn)（QD）發(fā)光二極管（LED）技術(shù)的效率。
這項(xiàng)研究由博士研究生 Hyun Chul Park 領(lǐng)導(dǎo)，于2017年12月27日被選為國(guó)際期刊《Small》的封面。
（圖片來源：KAIST）
技術(shù)
QLED 擁有非常小的半導(dǎo)體光源，而且被認(rèn)為是一項(xiàng)用于高性能全彩顯示器的新興技術(shù)。然而，單單采用QLED 制造顯示器的成本會(huì)非常高。
基于QD的現(xiàn)有顯示器使用藍(lán)色LED作為光源，并且采用了一種通過綠色和紅色量子點(diǎn)激發(fā)的顏色轉(zhuǎn)換方案。
基于QD的現(xiàn)有顯示器存在兩個(gè)缺點(diǎn)。正如研究人員之前所提的，QLED成本較高，因此基于QD的顯示器單價(jià)更高。此外，液體類型的QD在接觸空氣后，效率也會(huì)顯著降低。
Cho 教授在一種金屬納米結(jié)構(gòu)中尋找到了解決方案。它不僅降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)也提高了QLED的效率。團(tuán)隊(duì)利用了所謂的“表面等離子共振”現(xiàn)象。當(dāng)納米金屬結(jié)構(gòu)暴露于光線中，這種現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生。根據(jù)金屬的類型、尺寸和形狀的不同，金屬結(jié)構(gòu)特性也會(huì)產(chǎn)生變化。
（圖片來源：KAIST）
團(tuán)隊(duì)為每個(gè)QLED設(shè)計(jì)了不同的金屬納米結(jié)構(gòu)，銀納米盤用于紅色QD，鋁納米盤用于綠色QD，讓它們發(fā)光更加強(qiáng)烈。
價(jià)值
有了更亮的QD，制造QLED所需的QD就會(huì)更少，單價(jià)也因此更低。團(tuán)隊(duì)在這項(xiàng)研究中使用了銀和鋁，但是金屬納米結(jié)構(gòu)可以根據(jù)預(yù)期目標(biāo)重新設(shè)計(jì)。
Cho 教授表示：“在QLED中合理地實(shí)現(xiàn)金屬納米結(jié)構(gòu)，可以減少系統(tǒng)所用的QD數(shù)量，從而降低單價(jià)。”
參考資料
【1】http://www.kaist.ac.kr/_prog/_board/?code=ed_news&mode=V&no=76141&upr_ntt_no=76141&site_dvs_cd=en&menu_dvs_cd=0601
【2】H. C. Park, Isnaeni, S. H. Gong, Y.-H. Cho, How Effective is Plasmonic Enhancement of Colloidal Quantum Dots for Color-Conversion Light-Emitting Devices? Small，2017；DOI: 10.1002/smll.201701805
