前言

 

　　美國伊利諾伊大學(xué)香濱分校與韓國電子與電信研究所、陶氏化學(xué)公司合作研究： 納米棒LED新技術(shù)，并在《科學(xué)》上發(fā)表。該納米棒LED將給顯示技術(shù)帶來革命性的改變。

 

　　該合作團(tuán)隊(duì)研究能發(fā)射和檢測(cè)光的納米棒，這些納米棒可直接用于制造顯示器的像素點(diǎn)，同時(shí)展示極具吸引力的潛在應(yīng)用：手機(jī)不用攝像頭就可直接捕捉畫面，以及可自供電的顯示器。

　　一、結(jié)構(gòu)原理

 

　　這支國際團(tuán)隊(duì)采取混合使用三種不同類型的半導(dǎo)體來制作這些工程納米棒。

 

　　納米棒包含三種不同的半導(dǎo)體材料，第一種半導(dǎo)體在納米棒的頂端，被用作發(fā)射和吸收可見光的量子點(diǎn)。

 

　　其他 二種半導(dǎo)體則被用以制作納米棒的主體和外殼，主要功能是控制從量子點(diǎn)“流出”的電子和空穴。

 

　　構(gòu)成納米棒主體和外殼的半導(dǎo)體材料都具有不允許電子和空穴存在的禁帶。當(dāng)兩個(gè)半導(dǎo)體與量子點(diǎn)接觸后，納米棒發(fā)射和檢測(cè)光的效率都大大提高。

 

　　在發(fā)光模式下：納米棒主體將電子有效傳遞給量子點(diǎn)，并阻止空穴的逆向流動(dòng)。同時(shí)，外殼將空穴傳遞給量子點(diǎn)，并阻止電子的反方向流動(dòng)。

 

　　在檢測(cè)光模式下：在光子產(chǎn)生電子——空穴對(duì)之后，納米棒主體捕捉電子，防止空穴逆流。同時(shí)，外殼半導(dǎo)體捕捉空穴，阻止電子反方向移動(dòng)。

 

　　二、性能

 

　　1、作為L(zhǎng)ED時(shí)：納米棒必須注入正電荷和負(fù)電荷到量子點(diǎn)，使之發(fā)光（由納米棒主體傳遞電子，外殼傳遞空穴）。

 

　　2、作為檢測(cè)光時(shí)：必須捕捉光子撞擊量子點(diǎn)產(chǎn)生電子 ——空穴對(duì)，產(chǎn)生電流（由納米棒主體捕捉電子，外殼半導(dǎo)體捕捉空穴）。

 

　　3、極高響應(yīng)速率：當(dāng)這樣納米棒作為顯示器的像素點(diǎn)時(shí)，具有極高的響應(yīng)速度，比現(xiàn)在顯示器刷新的頻率快三個(gè)數(shù)量級(jí)，因此這種顯示器將不存在任何“卡頓感”。

 

　　三、成果與問題

 

　　1、能帶結(jié)構(gòu)：該研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的能帶結(jié)構(gòu)，不僅可以使發(fā)光效率成倍提高，并且可檢測(cè)光。

 

　　2、技術(shù)突破：該團(tuán)隊(duì)攻克了將性能優(yōu)異的技術(shù)真正投入日常應(yīng)用的難題，并完善制造工藝，這一成果發(fā)表在《Nature Communication》上。

 

　　3、大規(guī)模納米LED陣列：研究團(tuán)隊(duì)采用一種膠體，可以通過特定的溶液操作來制造大規(guī)模納米LED陣列。另外，該納米棒LED可以采用旋涂技術(shù)涂覆到任何基板上，其面積達(dá)到平方米級(jí)別，便于大面積應(yīng)用。

 

　　4、問題：目前只成功實(shí)現(xiàn)了紅色納米棒LED，綠色和藍(lán)色納米棒LED正在開發(fā)中。另外，如何將R、G、B三種納米棒LED有序排列在一起完成一個(gè)個(gè)完整的顯示點(diǎn)，還需解決。

 

　　四、潛在應(yīng)用

 

　　1、“光保真通信”：手機(jī)不需要攝像頭就可捕捉畫面，而手機(jī)之間則可以只通過屏幕發(fā)射并檢測(cè)光來實(shí)現(xiàn)“光保真通信”（Light Fidelity 簡(jiǎn)稱Li-Fi）。

 

　　2、自供電顯示器：通過大面積納米棒LED可檢測(cè)到光，自動(dòng)收集光能量變?yōu)殡娔埽纬勺怨╇姷娘@示器。

 

　　3、柔性顯示屏及大面積屏幕：由于采用旋涂技術(shù)，并可涂覆到任何基板上，可以實(shí)現(xiàn)大面積納米棒LED陣列，將可應(yīng)用到柔性顯示屏和大面積屏幕。

 

　　小結(jié)

 

　　有關(guān)顯示技術(shù)創(chuàng)新的報(bào)導(dǎo)不少，如石墨烯顯示、納米顯示技術(shù)等。這里介紹的納米棒LED技術(shù)，同時(shí)具有發(fā)光和檢測(cè)光的特性，從而可實(shí)現(xiàn)“光保真通信”和自供電顯示。如能產(chǎn)業(yè)化，將會(huì)顛覆顯示器產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)。