用於多功能顯示器的新型光感應式LED

雙功能奈米棒LED不僅能自行發光，同時還能檢測光，這種顛覆未來的新技術即將開啟下一代智慧顯示器之門。搭載光感應式LED顯示器的智慧型手機和其他設備很快就能夠實現全新的使用者介面功能，比如手勢控制、根據環境照明自動調光以及自動充電功能等。

來自美國伊利諾大學厄巴納-香檳分校以及美國陶氏化學電子材料事業部的多國研究人員小組提出了一種微小異質結構奈米棒和發光量子點技術，可用於光電感測器，也可以用作發光二極體，取決於偏壓電流方向。這種基於量子點的設備可以收集光、發光並處理資訊。奈米棒LED由多種半導體組成，讓元件可以在發射和檢測之間快速切換，以執行這兩種功能。

雙異質結奈米棒（DHNR）光感應式LED的長度大約為50奈米，直徑為5奈米，比一根頭髮絲還細一千倍。這些奈米棒內的量子點與二種不同半導體材料直接接觸。而且，它們由三種半導體材料製成。第一種能夠發射並吸收可見光。另外兩種材料控制電荷如何通過第一種材料。把這些材料整合在一起，LED就可以發光、感測光和對光做出反應。要發光並檢測光，每個LED都必須在開關之間做切換，然而，這種轉換過程的頻率極高，對於人眼來說，顯示器彷彿是一直維持不變。

DHNR的結構細節需要CdS、CdSe和ZnSe。其中，微小的半導體奈米棒由硫化鎘（CdS）製成，然後用發光硒化鎘（CdSe）—能隙較小的半導體—量子點（QD）覆蓋。而CdSe端又用硒化鋅（ZnSe）—能隙較大的半導體—進行封裝。憑藉其結構，DHNR可以充當電荷分離和重組中心。具有微調電荷分離和重組能力的DHNR還能夠同時在單一元件中實現光電流生成和電致發光功能。

一旦DHNR被堆疊在電極之間，就可以被排列成像素陣列，如果偏壓由正向改為反向，那麼LED就可以在發光和光檢測模式之間切換。這種方案處理型DHNR-LED的優勢如下：低導通電壓（約1.7 V）；窄頻寬（<30 nm）；最大亮度>80000 cd/m2。DHNR-LED在顯示相關亮度方面也具有低偏壓和高效率特性。偏壓為2.5 V、照度為1000 cd/m2時，其外部量子效率為8.0％。

DHNR-LED還可以在零偏壓或反向偏壓下用作光電探測器。我們來看一個簡單的例子：用鐳射筆照射一個10×10的像素陣列。通過程式設計，電路板可為向零偏壓檢測入射光的任何像素提供正向偏壓。然後，來自鐳射筆的信號被LED陣列空間分解，實現在顯示器上的一種“寫入”動作。這個簡單的控制電路可以將任何檢測到的信號轉換成期望的回應，比如亮度調節。因此，這種LED能夠將像素級的光檢測、或是將因手指靠近或觸控筆所產生的陰影，轉換為新的非接觸命令。

其中之一就是通過光伏效應實現的光檢測功能。大氣品質（AM）1.5照度下產生的光電流可以實現0.2C％的功率轉換效率。該數值被測器件中比較普遍，最高為0.3％。四個器件在光伏模式下為超級電容器充電，然後電容反過來可以為LED模式下的相同器件供電。DHNR光響應LED的光檢測功能類似於光伏效應，能夠讓顯示器收集或清除周圍光源的能量，不需要整合分離的太陽能電池，這使得顯示器更加高效。

LED的雙運行模式開啟了更多的可能性。憑藉獨立的像素感測功能，我們可以實現直接成像或螢幕掃描。雙模式還可以將緊密耦合的LED顯示器轉換成大規模並行資料通訊，從而實現顯示器到顯示器的直接資料通訊。即使像藍牙這種設備到設備的通訊也會變得更快，兩個面對面的LED陣列有多少像素，就可以用多少像素同時通訊。