香港科大在量子点发光二极管去的突破性进展,引领下一代显示照明革新
近日,香港科技大学(HKUST)工程学院研究团队在量子棒发光二极管(QR-LEDs)领域取得重大技术突破,其研发的红色QR-LEDs实现创纪录的效率水平,相关研究成果已发表于国际顶级学术期刊《先进材料》(AdvancedMaterials),为下一代显示与照明技术的升级迭代奠定了重要基础。

量子点发光二极管(QD-LEDs)凭借出色的色纯度与亮度优势,已成为主流LED技术的有力竞争者,但出耦效率不足导致的外部量子效率(EQE)上限,长期制约着其性能提升。而量子棒作为QR-LEDs的核心材料,是具有独特光学特性的细长各向异性纳米晶体,通过结构设计可优化光发射方向,理论上具备突破上述瓶颈的潜力。然而,QR-LEDs的产业化进程始终面临两大关键技术挑战:一是光致发光量子产率偏低,二是薄膜质量不佳引发的大量漏电流问题,严重影响器件稳定性与发光效率。
为攻克这些技术难题,由电子与计算机工程系副教授AbishekSrivastava领衔的研究团队,聚焦量子棒的光学性能优化与器件结构创新。通过精细的合成工程技术,团队成功将绿色与红色量子棒的光致发光量子产率提升至92%,同时实现了均匀的尺寸分布与严格的形状控制——这两项指标对QR-LEDs的性能优化至关重要。针对此前研究中被忽视的量子棒薄膜载流子泄漏问题,团队创新性地建立了等效电路模型,清晰揭示了传统QR-LED结构中漏电流的产生机制与有害影响,为靶向解决方案的制定提供了关键理论支撑。
基于这一模型,研究团队通过战略性调整器件结构,同步实现了平衡载流子注入增强与漏电流抑制的双重突破。测试结果显示,该团队研发的红色QR-LED样品峰值外部量子效率(EQE)达到31%,最大亮度高达110,000cd·m⁻²,创下红色QR-LED领域的效率新纪录;为验证技术普适性,团队将相同方法应用于绿色“棒中点”量子棒器件,同样取得显著成效,其峰值EQE达20.2%,最大亮度更是达到250,000cd·m⁻²,充分证明了该技术方案在不同颜色QR-LEDs中的应用潜力。
“Srivastava副教授指出:“以往QD-LED研究多聚焦于量子点结构优化以提升效能,但这种思路无法适配形状拉长的量子棒。我们通过量子棒微形态学分析与等效电路模型发现,量子棒因自身形状导致发光层存在广泛针孔,进而产生关键漏电流——这是紧密排列的QD-LED中不会出现的独特问题。”团队在优化器件结构的过程中,不仅解决了发光层质量问题,更验证了量子棒相较于量子点的本质优势。
此次研究通过创新技术路径破解了QR-LEDs的核心技术瓶颈,不仅为各向异性纳米晶体的相关研究提供了重要指导,更加速了QR-LEDs的商业化应用进程。香港科大团队的这一突破性成果,有望推动显示与照明技术向更高效率、更优性能的方向迈进,为相关产业的技术升级注入强劲动力。
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