发光二极管（LED）显示屏已经无处不在，而LED照明产业更是半导体行业的重要支柱。随着技术的不断进步，一大批新兴显示照明LED——如量子点LED（QD-ELD）、下一代有机LED（OLED）、Micro-LED正迅速崭露头角。
如何深入了解新兴LED内部的运行机制？ 中国科学技术大学 物理学院 樊逢佳教授团队研发了一台电激发瞬态吸收光谱仪，用于“诊断”量子点LED的运行机制。
通过这项创新技术，团队及合作者破解了环保型绿色量子点LED效率和寿命的难题，刷新多项世界纪录，推动量子点LED技术迈向环保新高度。 相关研究成果发表于国际学术期刊《自然》。
▲环保型磷化铟量子点LED器件发光图
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从模糊到清晰的科学视野
在LED技术变革中，探究LED的“内部世界”缺乏直观、有效的表征手段，这常常让科学家们“看得不够清楚”。
为了解决这个问题，中国科学技术大学在2020年成功研发了一台“神奇仪器”——电激发瞬态吸收(electrically excited transient absorption，EETA）光谱仪。
▲电激发瞬态吸收光谱仪
通俗来说，这台仪器就像是给LED“拍片子”的“X光机”，不仅能实时捕捉到LED内部载流子（负责传递电流的粒子）的活动，还能清晰描绘电场的分布。借助这一“超级视野”，科学家们能对LED内部进行全面的“体检”。
这台LED“拍片机”融合了创新的思路和精密的技术，突破性地将“光激发、光探测”模式升级为“电激发、光探测”。 这样就允许我们在LED器件工作时，可以全方位探测载流子和电场的时间分辨、空间分布等信息。 这项突破性的技术，为理解和优化LED性能提供了强大的支持。
▲LED“拍片机”工作原理及InP基QD-LED的关键科学问题
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破解“水池难题”
最近，科研人员利用这台LED“拍片机”，解决了量子点LED领域的一大难题。
环保型绿色磷化铟（InP）基量子点LED的效率和寿命一直落后于红色和蓝色器件，这是制约全色彩环保型量子点LED显示产业化的关键瓶颈。
通过“拍片诊断”，研究团队发现，绿色InP基量子点LED的性能短板主要在于两点：电子注入不足和电子泄漏严重。想象一下，本该流向电子“蓄水池”的电子，一边是电子“进水管”堵塞，一边是池底有电子“泄漏”流失，这就导致电子“蓄水池”无法装满。
为了解决电子注入不足和泄漏的问题，研究团队提出了“低、宽势垒”的创新设计，这就好比对电子“蓄水池”进行了全面升级。通过拓宽电子“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InP基量子点LED不仅效率提升到了26.68%，亮度更是突破了270000cd/m²，器件发光寿命也大幅延长到1241小时，一举刷新了多项世界纪录。
▲绿色InP基QD-LED改性策略及高性能器件表征
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“点亮”更多可能
这一研究成果标志着我国科学家在无毒量子点显示技术领域取得了重要突破，使环保型量子点LED技术迈入一个全新的阶段。
在不久的将来，我们或许能看到环保型量子点显示屏闪耀在各大领域，带来更生动的视觉体验，也为全球可持续发展贡献一份中国力量。
来源：中国科学技术大学
责任编辑：王颖 宋同舟