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近期世界LED领域新技术
阅读 次    时间:2021-07-08 12:50

01中国:非铅金属卤化物暖白光LED

近年来,可溶液法制备的金属卤化物钙钛矿在显示、照明和能源领域展现出很大的应用潜力。目前单色铅基钙钛矿发光二极管(LED)的效率已经接近商业化的有机发光二极管(OLED),但是铅的毒性问题限制了其商业化应用,并且高效白光钙钛矿LED仍是亟待解决的难题。

通常可以利用非铅双钙钛矿或铜基卤化物的宽带发射来获得白光,然而目前报道的材料均难以同时实现高荧光发光效率和高电学性能,导致LED器件的发光效率和亮度都很低。

针对这一世界性难题,西北工业大学黄维院士和南京工业大学王建浦教授、王娜娜教授团队通过在铜基卤化物前驱体溶液中引入非离子表面活性剂,首次实现了高效、高亮度非铅暖白光金属卤化物LED,为钙钛矿发光二极管的商业化进程奠定了基础。

这一重要研究成果于近日刊登在学术期刊《自然·通讯》上,博士生陈红、朱琳博士、薛晨博士为该论文共同第一作者。此工作拓展了非铅金属卤化物材料体系,对实现高性能非铅金属卤化物光电器件具有重要意义。

02美国:尺寸小于10微米的红光Micro LED芯片

据外媒报道,美国加州大学圣塔芭芭拉分校(University of California, Santa BarbaraUCSB)宣称已首次展示了尺寸小于10微米的InGaN基红光Micro LED芯片,并通过晶圆上量测得出外量子效率(EQE)0.2%

提升外量子效率仍重道远

此前,具备InGaN基红光Micro LED芯片规模化量产能力的法国半导体材料商Soitec,在2020年发布了50微米的InGaN基红光Micro LED器件,不过,UCSB团队的发言人Shubhra Pasayat指出,Soitec并没有公布外量子效率的数据。

Pasayat表示,小于10微米的Micro LED对于Micro LED产业可行性商业化来说至关重要。同时,除了尺寸小之外,Micro LED芯片的外量子效率必须至少为2-5%,才能够满足Micro LED显示器的要求。

不过,本次UCSB展示的InGaN基红光Micro LED芯片外量子效率仅为0.2%。对此,Pasayat坦言,虽然目前团队的研究结果还远达不到目标,但是相关研究工作已进入初步阶段,并且可以预期未来将有实质性的进展。

UCSB团队的下一个目标就是提高红光Micro LED芯片的外量子效率,目前正在计划提升材料的质量,改善生产步骤。

InGaN材料应用前景可期

另值得注意的是,UCSB团队研究的是InGaN基红光Micro LED,而非AlGaInP基红光Micro LED,主要是因为后者的效率通常会随着尺寸的缩小而降低等问题。Pasayat透露,到目前为止,AlGaInP基红光Micro LED芯片最小尺寸为20微米,而外量子效率未知。

据了解,目前的红光LED多由AlGaInP材料制成,在正常芯片尺寸下,其效率高达60%以上。然而,当芯片尺寸缩小到微米量级时,效率会急剧降低至1%以下。

此外,在巨量转移制程上,AlGaInP材料的劣势也显而易见。

巨量转移要求材料具有良好的机械强度,以避免在芯片抓取和放置过程中出现开裂,而AlGaInP材料较差的力学性能会给巨量转移增加新的难题。

相比之下,InGaN薄膜拥有宽带隙可调等优点,在可见光领域内拥有广阔的应用前景,并且Micro LED全彩显示是其中最有潜力的应用之一。

据悉,InGaN材料具有较好机械稳定性和较短空穴扩散长度,且与InGaN基绿光、蓝光Micro LED兼容,因此是红光Micro LED的较佳选择。

值得注意的是,江风益院士团队去年公布了高光效InGaN基橙-红光LED的研究突破,该研究结果也证明了InGaN材料在制作显示应用的红光像素芯片上将有巨大潜力。

另外,UCSB曾与首尔伟傲世针对尺寸小于5微米Micro LED外量子效率变化趋势展开研究,基于研究结果,他们认为InGaN基红光Micro LED有望帮助制造更小尺寸的全彩化Micro LED显示器。

同时,双方期望通过提高亮度和可靠性等因素,促使更小尺寸的InGaNMicro LED应用于智能手机、AR眼镜及4K电视等高端显示领域。

03日本:改善OLED屏幕蓝光发射率和寿命

近期,日本九州大学(Kyushu University)研究团队宣布,采用一种新的发射体分子组合,能产生一种高效率的纯蓝色光线发射,并在一定时间内保持亮度,克服过往OLED显示屏幕缺乏高效能蓝光的挑战。

目前OLED显示屏幕在蓝光光源方面遇到了挑战,虽然有高性能的红色和绿色有机发光二极管,但缺乏性能相似的蓝色光源。研究人员表示,虽然目前红色和绿色OLED的选择越来越多,但仍缺乏能发射高效蓝光的元件。蓝光元件在效能、色彩纯度、成本和寿命等条件经常都要权衡、取舍。

研究人员补充,虽然目前市面上有基于荧光(Fluorescence)的蓝光发射器虽然较稳定,并已用于商业用的显示器,但最高效率(Maximum Efficiency);而另一种磷光发射器(Phosphorescent Emitters)虽然可以100%实现理想中的量子效率(Quantum Efficiency),但是寿命较短,且必须使用铱(iridium)或铂(platinum)等昂贵的金属材料。

九州大学有机光子学和电子学研究中心(OPERA)的研究团队开发了基于热活化延迟荧光(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TDAF)的发光分子,这种分子可以在没有金属原子的情况下实现同等的发光效率,且会表现出更广泛颜色的发射能力。

研究人员使用了一种被称为超荧光的双分子方法,简而言之就是分子迅速将不发光的三重态转换为单线态,并将能量转移到名为ν-DABNA的分子上进行纯蓝色发射。研究人员指出,与大多数发射器相比,ν-DABNA可以吸收的波长非常接近其发射的颜色。这种独特的性质使其能够从排放的中介中吸收大部分能量,并且仍然发出纯蓝色,进一步改善了颜色纯度和寿命。

研究人员估计,在更温和的强度下,该设备可以保持50%的亮度超10,000小时;虽然这时间对于实际应用而言仍有些短暂,但若是严格控制制造环境将有机会实现更长的使用寿命。希望不久之后,这个蓝色OLED能取代现有的蓝光发射器,以满足超高解析度显示屏幕需求。



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