Кратко о люминофорах как источниках света.
Неорганические люминофоры
Существует целый ряд источников света, использующих неорганические люминофоры. В зависимости от источника возбуждения, различают фотолюминофоры (возбуждение фотонами), катодолюминофоры (возбуждение электронами), электролюминофоры (возбуждение электрическим полем).
Катодолюминофоры, возбуждаемые пучком электронов, используются в ЭЛТ. Характерные спектры RGB катодолюминофоров для ЭЛТ показаны на рисунке.
Судьба ЭЛТ известна (прочитайте шуточную статью "О возможности создания проекционных систем отображения информации на электронно-лучевых трубках"). Кроме ЭЛТ, электроны для возбуждения люминофора используются в FED (Field Emission Display, дисплей с автоэлектронной эмиссией). В таких дисплеях используются массивы острийных электродов (из вольфрама, алмазов, углеродных нанотрубок и пр.), снижающих напряжение эмиссии электронов с сотен до десятков вольт. К сожалению, электроды FED подвержены эрозии, что резко снижает срок службы. Кроме того, они работают в вакууме. Сейчас ведущие фирмы отказались от дальнейших работ с FED. Если когда нибудь проблема эрозии будет решена, то такие дисплеи могут быть востребованы в ряде областей.
В плазменных (газоразрядных) панелях используются фотолюминофоры, аналогичные катодолюминофорам. Они генерируют видимый свет со следующими длинами волн: R=680 нм (YGdBO3:Eu), G=570 нм (Zn2Si04:Mn), B=460 нм (BaMg Al14O23:Eu). Возбуждение фотолюминофоров в газоразрядной ячейке постоянного тока производится коротковолновым ультрафиолетом с длиной волны 147 нм.
В светодиодах, для получения белого света, широко используются синие светодиоды с желтыми и красными фотолюминофорами (подробнее в статье "Почему белый светодиод ярче синего?".
Люминофоры на базе коллоидных квантовых точек
Наряду с множеством других замечательных применений, квантовые точки могут работать как КТ-люминофор. В зависимости от источника возбуждения, это может быть фото-, катодо- или электролюминесценция.
Наряду с более высокой энергетической эффективностью (90 и более процентов) по сравнению с обычными люминофорами (30 - 50 процентов), КТ-люминофоры имеют идеальные узкополосные спектры. Достаточно сравнить эти замечательные спектры с вышеприведенными спектрами обычных неорганических люминофоров.
КТ-люминофоры могут использоваться в тех же применениях, что и обычные люминофоры. Например, КТ-люминофоры в ЭЛТ могут повысить яркость или снизить энергопотребление. Хотя, вряд ли еще где-то осталось производство ТВ ЭЛТ. То же касается и FED и PDP дисплеев.
Иная ситуация со светодиодами. Пользователей уже давно не устраивает тот факт, что синие и зеленые светодиоды изготавливаются по одной, а красные - по другой технологии (подробнее см. статью "Зеленый зазор"). Вот здесь и пригодились КТ-люминофоры. Если взять УФ-чип и КТ-люминофоры, можно получить однородный (гомогенный) светодиодный пиксель (подробнее в статье "Идеальный светодиодный пиксель".
Еще одним вариантом является использование синего органического светодиода (OLED) в комбинации с теми же КТ-люминофорами. Органические светодиоды подвержены выцветанию. Но, использование одного (синего) типа светодиода вместо трех (синего, зеленого и красного) унифицирует этот эффект. Последние разработки позволяют минимизировать выцветание и существенно увеличить срок службы такого варианта.
Промежуточным вариантом между светодиодным чипом с КТ-фотолюминофором и светоизлучающим элементом с КТ-электролюминофором, речь о котором будет ниже, является типовая светодиодная структура с n-слоем (electron transport layer) и p-слоем (cross-linked hole transport layer) между которыми расположена не активная зона, а КТ-люминофор, возбуждаемый электронами, мигрирующими из электронного в дырочный слой.
QDEL (кудель)
"Не следует умножать сущности сверх необходимости" Это бритва Оккама. Взглянем на схему пикселя на базе УФ чипов с КТ-люминофором и спросим себя: зачем здесь УФ чип? Ведь КТ-люминофор может работать не только, как фотолюминофор, но и как электролюминофор, излучая свет под воздействием электрического поля.
Вот здесь и появляется QDEL (Quantum Dots ElectroLuminescent) - светоизлучающий элемент на базе КТ-электролюминофора. Выглядит он чрезвычайно просто (см. рисунок).
Но прошло свыше десяти лет интенсивных исследований, прежде чем КТ-электролюминесцентные дисплеи (QDEL display) обрели конкретные очертания. И произошло это благодаря инженерам из полузабытой фирмы Шарп (Sharp Displays), представившим в 2024 году прототип QDEL дисплея.
Чем же хороши КТ-электролюминесцентные дисплеи? Во-первых, потенциальной простотой технологии - обычная трафаретная или струйная печать недорогих КТ- люминофоров (подробнее в статье "Удивительные квантовые точки"). Во-вторых, высокой энергетической эффективностью, превосходящей все прочие технологии. В третьих, большим сроком службы, достигающим сотен тысяч часов. В четвертых, прекрасной масштабируемостью: светоизлучающие QDEL элементы могут иметь размеры от десятков микрон до десятков миллиметров. В пятых ... И так далее.
До серийного выпуска светоизлучающих QDEL элементов и устройств отображения на их базе, должно пройти некоторое время. Необходимо внедрить десятки и сотни усовершенствований.
Можно провести не совсем корректное сравнение. Так же, как капля крови привлекает акул на расстоянии в несколько километров, так и успехи с КТ-электролюминесценцией будут привлекать все больше фирм. Неизбежно, количество финансовых вливаний в тему перейдет в качество - появление множества устройств на новом классе светоизлучающих элементов - от телефонов до видеостен. Это будет революция не только в информационных, но и в осветительных системах.