Original publish date:Dec 28, 2002
編輯 Agape 報導
經由結合有機半導體薄膜與CdSe(ZnS)量子點﹐麻省理工學院的研究小組成功地製造出穩定且發光效率高的發光二極體﹔他們並且展示藉著準確地控制形成量子點材料的濃度﹐可達成二極體發光功率的調整。
而有關量子點發光二極體(QD-LED) 的研究開發早在1995年已有人著手開始﹐但是由於卻乏適當的奈米技術﹐所製成的元件發光效率始終未能提昇至實用階段。Seth Coe等人在本期Nature所發表的文章中﹐使用製造有機薄膜發光二極體的技術﹐配合物相分離(phase segregation) 的技巧﹐成功地在有機薄膜層間加入一層含有均勻密度量子點的薄膜﹐達成發光效率高且穩定的QD-LED。
Seth Coe等人首先將含有CdSe(ZnS) 量子點成份的材料(TOPO/TOP)與組成作為電洞導電層的有機材料(TPD)﹐溶解在氯仿(chloroform) 中﹐然後以spin casting的方式塗在鍍有ITO(indium tin oxide﹐一種透明導電化合物﹐常用於光電元件電極中﹔在此處作為底部電極) 的玻璃基板上。由於TOPO/TOP在氯仿中的密度差與TPD在與氯仿中的密度差(溶解度)不同﹐在spin casting時會自動分離而不會彼此混合。在所形成的TOPO/TOP層之上﹐又再以熱蒸鍍方式鍍上作為電子導電層的Alq3有機材料﹐以及Mg:Ag合金作為頂部電極。如此製成的QD-LED具有發光波長位於可見光區域的頻譜﹐並且主波長符合CdSe(ZnS) 的發光特性﹐確定了所量測到的光主要是來自量子點所組成的發光層﹐而不是其週圍的有機薄膜層。
然而﹐在所測量的發光特性圖中﹐Seth Coe等人發現除了來自CdSe(ZnS) 層所發的光﹐仍有少數來自Alq3有機薄膜層的光﹐造成頻譜曲線變寬﹐元件效率降低。他們將這現象歸於有機薄膜材料的能帶與CdSe(ZnS) 的能帶有所重疊﹐導致部份電洞越過TPD與 CdSe(ZnS)的價帶﹐進入Alq3層中與所注入的電子結合﹐抵消了進入CdSe(ZnS) 層的電子數目﹐而影響了其中電子-電洞的結合率(發光效率)。為了消除這個問題﹐他們在CdSe(ZnS) 層與Alq3之間加入TAZ作為隔離電洞之用﹐以提高發光效率。在加有TAZ之元件的發光特性圖中﹐來自Alq3的光明顯地降低﹐證明Seth Coe等人的推論是正確的。
根據Seth Coe等人的計算﹐他們所製成的QD-LED其發光亮度不僅是過去所報導過最好的同類元件的25倍﹐而且其光譜頻寬(FWHM﹐full width half maximum)較窄(32nm, 一般有機LED的FWHM為50至100nm) ﹐適合作為單頻光源的應用。並且﹐利用phase segregation的技術﹐他們可以準確地控制量子點在溶液中混合的濃度﹐進而到達控制元件中CdSe(ZnS) 層的厚度(單層﹑多層) 。這對於薄膜的表面均勻程度以至於元件發光效率的改進﹐都是極為重要的突破。
Seth Coe等人聲稱﹐雖然他們所製成的元件在表現上已有極大的進步﹐但是他們相信在材料的選擇調配以及結構設計上﹐仍然有許多的空間可以發揮﹐來挑戰理論上所預測QD-LED的發光效率。
原始論文：
Seth Coe, et al., Electroluminescence from single monolayers of nanocrystals in molecular organic devices, Nature 420, 800 (2002).
參考來源：
- Seth Coe, et al., Electroluminescence from single monolayers of nanocrystals in molecular organic devices, Nature 420, 800 (2002).
- Tetsuo Tsutsui, A light-emitting sandwich filling, Nature 420, 752 (2002).
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