原子級薄度的新型發光器件：有望打造透明顯示屏！

導讀

近日，美國加州大學伯克利分校開發出一種毫米寬的明亮發光器件，而它在關閉時是完全透明的。這種器件中的發光材料是一種僅有三個原子厚度的單層半導體。

背景

透明顯示屏，讓你不僅可以看到屏上顯示的內容，而且還可以透過顯示屏看到它背後的東西。許多科技巨頭與科研機構都在基於LCD、LED、OLED 等技術，開發帶有透明顯示屏的消費電子產品，例如：三星、LG、平達系統公司、MIT等等。這些產品包括：手持設備、電視、櫥窗屏幕、增強現實設備等。

（圖片來源：三星）

（圖片來源：MIT）

創新

近日，美國加州大學伯克利分校（UC Berkeley）的工程師們設計出一種毫米寬的明亮發光器件，而它在關閉時是完全透明的。這種器件中的發光材料是一種僅有三個原子厚度的單層半導體。

（圖片來源：Javey lab）

美國加州大學伯克利分校博士後研究員、論文第一作者 Der-Hsien Lien 表示：「這種材料非常薄且柔，使得設備可以做成透明的，並能適應曲面。」 論文的共同第一作者還包括：加州大學伯克利分校計算機科學與電氣工程系博士後 Matin Amani 和 Sujay Desai。

他們的研究於3月26日發表在《自然通信（Nature Communications）》雜誌。這項研究由美國國家科學基金會和美國能源部贊助。

技術

該器件由加州大學伯克利分校計算機科學與電氣工程學院教授 Ali Javey 的實驗室開發。2015年，Javey 實驗室將相關研究發表於《科學（Science ）》雜誌上，展示了單層半導體能夠發出明亮光線，但是離實現發光器件的目標還差了一點點。然而，發表在《自然通信》雜誌上的新研究，克服了在單層半導體上利用LED技術的根本障礙，將此類器件的尺寸從不足人類髮絲的寬度擴大至幾毫米。這意味著，科研人員能夠保持住這種小厚度，而讓橫向尺寸（寬和長）更大，因此光照強度可以達到很高。

商用的LED是由注入正電荷和負電荷的半導體材料組成，當正負電荷相遇時會發出光線。在基於半導體的發光器件中，會使用兩個接觸點：一個用於注入帶負電的粒子，另外一個用於注入帶正電的粒子。對於LED來說，製造能有效注入這些電荷的接觸點，是一個根本性挑戰，而對於單層半導體來說則更具挑戰性，因為可使用的材料很少。

加州大學伯克利分校的科研團隊設計出一種應對這一挑戰的方案，他們設計了一種在半導體上的僅需一個接觸點的新器件。他們將半導體單層放置到絕緣體上，並在單層之上和絕緣體之下放置電極，並施加交流信號穿過絕緣體。當交流信號從正到負（反之亦然）切換其極性時，正電荷和負電荷會同時在半導體中出現，產生光線。

（圖片來源：參考資料【2】）

（圖片來源：參考資料【2】）

研究人員在四個不同的單層材料中展示了這一機制，所有這些材料都會發出不同顏色的光線。

價值

該設備為牆與窗戶上的透明顯示屏打開了大門，這種顯示器在打開時是明亮的，而關閉時是透明的。研究人員稱，這種顯示器未來或將應用於發光紋身、印刷在牆上甚至人體皮膚上的超薄透明顯示屏等產品。

未來

這種器件處於概念驗證階段，許多研究工作都在繼續，主要是為了提高效率。測量器件的效率並不簡單，研究人員認為它的效率約為1%，而商用的LED效率在25%到30%左右。

Javey 表示：「為了將這一技術推向實際應用，還有許多工作要做，許多挑戰要克服。然而，我們展示了一種可以很輕鬆地將兩種電荷注入到單層半導體中的設備架構，標誌著向前邁出了一步。」

關鍵字

半導體、顯示屏、光學

參考資料

【1】http://news.berkeley.edu/2018/03/26/atomically-thin-light-emitting-device-opens-the-possibility-for-invisible-displays/

【2】Der-Hsien Lien, Matin Amani, Sujay B. Desai, Geun Ho Ahn, Kevin Han, Jr-Hau He, Joel W. Ager III, Ming C. Wu & Ali Javey. Large-area and bright pulsed electroluminescence in monolayer semiconductors. Nature Communications, 2018 DOI: 10.1038/s41467-018-03218-8

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