2025年3月7日 Display Daily

オーストラリアのカーティン大学の研究者は、上海大学、吉林大学、中国科学院、復旦大学、TCLリサーチの科学者と共同で、カドミウムなどの有害な重金属を使用せずに、青色量子ドットLEDを作製する革新的な方法を開発した。

量子ドットは、明るく高精度な色を発光する微小な半導体粒子であり、次世代ディスプレイ技術として期待されている。しかし、環境や健康への懸念があるカドミウムを使用せずに、安定かつ高効率な純粋な青色のデバイスを製造することが長年の課題となっていた。

亜鉛セレン化テルル（ZnSeTe）量子ドットでは、テルル（Te）原子は互いに結合しやすい性質を持つため（Te–Te結合を形成し、ポリテルル種と呼ばれることもある）、クラスターを形成しやすい。この傾向は、テルルを亜鉛セレン（ZnSe）格子に均一に組み込むことが比較的困難であることによってさらに悪化する。テルルはセレン（Se）よりも原子半径が大きく、結合特性も若干異なるためである。

成長条件が厳密に制御されていない場合、テルル原子が均一に分布するのではなく、テルルが過剰に存在する領域が形成されやすくなる。その結果、これらの「ポケット」と呼ばれるテルルの集積領域が生じ、量子ドット内に欠陥や組成の不均一性を引き起こし、光学的・電気的特性の劣化を招く。

研究チームは、明るさの低下やデバイス全体の安定性を損なうことが知られている欠陥を防ぐために、亜鉛系量子ドットの原子構造を微調整することでこの課題に取り組んだ。彼らは硫黄（S）を導入することでテルル（Te）の凝集を防ぎ、量子ドットの均一性を向上させた。量子ドット内の材料バランスを慎重に調整することで、不要な発光を最小限に抑えつつ、純粋な青色を実現し、デバイスの寿命を延ばすことに成功した。

この手法により、外部量子効率24.7%を達成する青色量子ドットLEDが開発された。これは従来のカドミウム（Cd）ベースの設計と同等、あるいはそれ以上の性能を示し、実用的な明るさレベルでの寿命は約30,000時間に達した。この研究成果は、環境に優しいディスプレイ技術を実現し、より安全なテレビ、スマートフォン、その他の電子ディスプレイの開発につながる可能性がある。