点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:给LED“体检”,这台仪器可“拍CT”
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

给LED“体检”,这台仪器可“拍CT”

来源:中国科学报2024-11-22 10:21

  白炽灯点亮了20世纪,发光二极管(LED)点亮了21世纪。LED是业界公认的新一代显示与照明技术的核心器件。

  中国科学技术大学(以下简称中国科大)教授樊逢佳与河南大学教授申怀彬合作,利用自主研发的“LED拍片机”,破解了绿色磷化铟基量子点LED效率和寿命难题,并刷新多项世界纪录。这标志着我国在环保型量子点显示和照明技术领域取得重要突破。

  11月21日,相关研究成果发表于《自然》。审稿人评价称:“该研究选题重要且具有时效性,作者清晰阐明了量子点LED开发中的关键技术问题,尤其是电荷注入势垒、电荷分布及相关分析方法,并利用电激发瞬态吸收光技术深入解析磷化铟基量子点LED电荷浓度及结构优化问题,取得了定量且有价值的研究成果。”

  研制首台电激发瞬态吸收光谱仪

  LED显示屏无处不在,LED照明产业更是我国半导体行业的重要支柱。随着技术进步,一大批新兴显示和照明LED,如量子点LED、下一代有机LED、微型LED崭露头角。

  在国外做博士后研究时,樊逢佳便开始接触LED。“我注意到国际上没有课题组专门研发新仪器,从实验角度验证新兴LED的内部机制问题,只有少量研究人员在做相关的理论计算。”

  事实上,正是由于缺乏原位、直观的表征手段,LED内部好像一个“黑匣子”,研究人员“看得不够清楚”,对其内部运行机制也理解得不充分。

  2017年9月,樊逢佳回国加入中国科大,开始组建团队专注研究量子点LED关键科学问题。经过两年技术攻关,他带领团队成功研发出世界首台电激发瞬态吸收光谱仪,并获得国家专利授权。

  樊逢佳解释说,人骨折就医,得先拍片子才能诊断。这台仪器相当于为LED“拍片子”的CT机,不仅能实时捕捉LED内部载流子的活动,还能清晰描绘其电场分布。借助这一“超级视野”,研究人员终于能对LED内部进行全面“体检”。

  该仪器的科学原理就是把传统光激发瞬态吸收的“光激发、光探测”模式升级为“电激发、光探测”,从而实现对电子和电场的原位监测。

  利用该仪器,樊逢佳等人取得诸多研究成果,如揭示了影响量子点LED电流和电压效率的限制因素、探明了蓝光量子点LED的性能衰减机制、发现了“电激发”过程中新奇的物理现象。

  “这项技术的突破,不仅为理解和优化LED性能提供了强大支持,还有助于发现物质新现象、研究物质新规律。”樊逢佳说。近年来,他们还发展了噪声抑制算法,将仪器灵敏度提高到十万分之一。

  攻坚显示工业“皇冠上的明珠”

  量子点是一种全新概念的半导体纳米晶体,表现出尺寸依赖的光学效应,即不同尺寸可以发出不同颜色的光,而且色纯度非常高。这一独特的光学性能使量子点成为最好的发光材料之一,被应用在量子点LED等显示领域。

  樊逢佳介绍:“量子点LED分为有镉和无镉。无镉无铅量子点LED由于其环境友好优势,备受研究人员青睐,以磷化铟体系为代表的量子点LED则被誉为显示工业‘皇冠上的明珠’。”

  2019年、2020年,韩国三星集团在《自然》连发两篇无镉量子点LED论文,展示了他们在红色和蓝色磷化铟基量子点LED器件中取得的进展,代表了当时国际上关于无镉量子点LED研究的最高水平。

  然而,随后几年里,国际上关于绿色磷化铟基量子点LED的研究迟迟未有突破。绿色磷化铟基量子点LED的效率和寿命仍落后于红色和蓝色的磷化铟基量子点LED,成为制约环境友好型全彩量子点LED产业化的关键。

  在无镉无铅量子点LED中,为什么红色和蓝色器件表现优异,而绿色却始终难以突破?这成为显示领域的未解之谜。

  申怀彬长期从事量子点LED的设计工作,是多项量子点LED性能世界纪录的保持者。自2018年与樊逢佳结识后,两人便成为亲密的合作伙伴,在科研上取得了一系列成果。

  这次,他们再度携手,向量子点显示工业“皇冠上的明珠”——绿色环境友好型磷化铟基量子点LED发起攻坚。

  新方案破解“水池难题”

  研究团队通过“拍片机”的“诊断”,发现绿色磷化铟基量子点LED性能较低的主要原因在于两点——电子注入不足和电子泄漏严重。想象一下,本该流向“蓄水池”的电子,一边是“进水管”堵塞,一边是池底有“泄漏”,这就导致电子“蓄水池”无法装满。

  为了解决难题,研究团队提出“低、宽势垒”的创新设计方案,对电子“蓄水池”进行全面升级。通过拓宽“进水管”,让更多电子顺畅流入量子点发光层,同时在池底加装防漏板,避免电子从中流失。

  “优化后的绿色磷化铟基量子点LED不仅效率提高到26.68%,亮度更是突破了27万坎德拉每平方米,器件发光寿命大幅延长到1241小时,刷新了多项世界纪录。”申怀彬说。

  “这表明我国环保型量子点LED技术迈入了一个新阶段。”樊逢佳表示,下一步,团队将努力推动环保型量子点LED从实验室走向货架,将技术真正转化为产品,为市场带来高性能、环保的显示技术,同时推动绿色显示产业发展。(记者王敏)

[ 责编:谢芸 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 香港将举行“创新科技嘉年华2026” 推广创科文化

  • 国庆假期:国家自然博物馆游客如织

独家策划

推荐阅读
根据国家气候中心监测,9月以来赤道中东太平洋海温持续增暖,为有监测记录以来候和旬尺度海温指数首次突破3摄氏度,海温指数峰值预计出现在11月前后,形成一次有监测记录以来最强的超强厄尔尼诺事件。
2026-09-30 09:45
这里,冬季寒冷漫长,寒凉气候、偏少降水、无霜期短的自然条件,难以形成规模化的城市聚落。对于传统农牧业,年均气温低、无霜期短意味着作物生长期受限;而对数据中心来说,这也是天然冷源。
2026-09-30 09:44
9月29日,中国科学院在京召开新闻发布会,正式发布“科学前沿极限突破计划”及其首批项目,向“极宏观、极微观、极端条件和极综合交叉”方向发起冲击。
2026-09-30 09:38
中国科普研究所经过深入调查研究,形成《全国科普事业发展报告(2026)》,全面展示我国科普事业持续发展壮大所取得的成就。
2026-09-30 09:32
现代科技发展史反复印证着一个道理:许多新技术的突破,归根结底都依赖材料的新发展。
2026-09-30 09:33
世界知识产权组织29日公布的2026年《全球创新指数》中,香港在全球139个经济体中排名再升一位至第14位,并在亚洲保持第五位。
2026-09-30 09:30
科学家绘制出了人体前额叶皮层脑区的已知最大规模基因表达图谱。这些研究进一步阐释了前额叶皮层脑区在生命不同阶段的发育情况,有望用于研究衰老、认知衰退和疾病易感性。在第二篇发表于《自然》论文中,西奈山伊坎医学院的Donghoon Lee和同事报道了一个与脑疾病相关的基因表达变化图谱。
2026-09-29 09:39
纤维的材料层次、器件结构和电路互连随成形过程共同建立起来,让纤维本身成为电路。另一组实验中,研究团队利用纤维组成的柔性交互界面及配套系统,实现了手指对机械臂和无人机的非接触控制。
2026-09-29 09:39
(记者王政)工业和信息化部等7部门28日联合印发《新型电池产业发展“十五五”规划》,提出到2030年,我国新体系电池研发取得重大进展,全固态电池初步实现规模化应用。
2026-09-29 09:40
记者李春剑从中国计量科学研究院获悉,近日,国际计量局(BIPM)的全球卫星导航系统(GNSS)时间传递标准首次在中国完成北斗关键参数的标校与比对验证。随着北斗时间传递链路校准、监测评估和国际互认体系持续完善,北斗将进一步为全球用户提供更加准确、可信的授时服务。
2026-09-29 09:39
近期,国务院印发《全民健身计划(2026—2030年)》,对“十五五”时期推动全民健身事业高质量发展作出部署。国际体育医学期刊《运动医学》指出,抗阻训练较常出现不适或损伤的部位主要集中在肩部、腰背部和膝部。
2026-09-29 09:37
全国科普月不仅是科普服务的集中推出期,更是营造爱科学、学科学浓厚社会氛围的重要契机。期待科普之翼越来越有力,把科学“种”进更多人心田。
2026-09-28 09:49
作为一线科技工作者,我觉得应该肩负起向公众传播科学知识、科学方法、科学思维和科学精神的社会使命。这是历史赋予我们的责任和义务,科学家应该将所学回馈社会。
2026-09-28 09:44
研究团队借助这套气体观测数据,首次定量证实:星团内接连发生的超新星爆发,持续输入的动能足以长期维持星系湍流。
2026-09-28 09:42
23日至27日,以“在数贸会遇见AI未来”为主题的第五届全球数字贸易博览会在浙江杭州国际博览中心举办。
2026-09-28 09:34
9月25日晚,皓月当空,海南科技馆外的人工湖边人头攒动。孩子们有序凑到天文望远镜前,凝神细看,月球表面深浅交错的环形山与陨石坑清晰映入眼帘。
2026-09-28 09:21
全球老龄化加速,如何延长健康寿命,成为生命科学研究领域最紧迫的课题之一。诸多抗衰老策略中,营养干预被认为最现实。已有研究表明,减少饮食中蛋白质的摄入,能延长酵母、果蝇和小鼠等模式生物的寿命。
2026-09-24 09:41
作为射电天文领域的国之重器,中国天眼(FAST)不断将我们的视野推向宇宙更深处,在脉冲星、快速射电暴、中性氢宇宙等前沿领域,一次又一次刷新着人类对于宇宙的认知。
2026-09-24 09:34
我国研究团队利用“天关”卫星(爱因斯坦探针卫星)与高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)的联合观测,在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围发现一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹。
2026-09-24 09:30
国家统计局数据显示,在消费品以旧换新等政策利好下,节能家电、智能家居等越来越受到消费者的青睐。智能家居的终极目标,不是堆砌多少高科技设备,而是让人的生活更便利、更幸福。
2026-09-24 09:26
加载更多