Blodplader i stedet for kugler gør skærme mere økonomiske

ETH-forskere har videreudviklet QLED-teknologi til skærme. De har produceret lyskilder, der for første gang kun udsender højintensitetslys i én retning. Dette reducerer spredningstab, hvilket gør teknologien ekstremt energieffektiv.

QLED-skærme har været på markedet i et par år nu. De er kendt for deres lyse, intense farver, som er produceret ved hjælp af det, der er kendt som quantum dot teknologi:QLED står for quantum dot light emitting diode. Forskere ved ETH Zürich har nu udviklet en teknologi, der øger energieffektiviteten af ​​QLED'er. Ved at minimere spredningstabet af lys inde i dioderne, en større del af det genererede lys udsendes til ydersiden.

Konventionelle QLED'er består af et væld af sfæriske halvleder nanokrystaller, kendt som kvanteprikker. På en skærm, når disse nanokrystaller exciteres bagfra med UV-lys, de omdanner det til farvet lys i det synlige område. Farven på lys, hver nanokrystal producerer, afhænger af dens materialesammensætning.

Imidlertid, lyset disse sfæriske nanokrystaller udsender spredning i alle retninger inde i skærmen; kun omkring en femtedel af den kommer til omverdenen og er synlig for iagttageren. For at øge teknologiens energieffektivitet, forskere har i årevis forsøgt at udvikle nanokrystaller, der udsender lys i kun én retning (fremad, mod iagttageren) – og nogle få sådanne lyskilder findes allerede. Men i stedet for sfæriske krystaller, disse kilder er sammensat af ultratynde nanoplader, der kun udsender lys i én retning:vinkelret på blodpladens plan.

Hvis disse nanoplader er arrangeret ved siden af ​​hinanden i et lag, de producerer et relativt svagt lys, der ikke er tilstrækkeligt til skærme. For at øge lysintensiteten, forskere forsøger at overlejre flere lag af disse blodplader. Problemet med denne tilgang er, at blodpladerne begynder at interagere med hinanden, med det resultat, at lyset igen udsendes ikke kun i én retning, men i alle retninger.

Stablet og isoleret fra hinanden

Chih-Jen Shih, Professor i teknisk kemi ved ETH Zürich, og hans team af forskere har nu stablet ekstremt tynde (2,4 nanometer) halvlederplader på en sådan måde, at de er adskilt fra hinanden af ​​et endnu tyndere (0,65 nanometer) isolerende lag af organiske molekyler. Dette lag forhindrer kvante-fysiske interaktioner, hvilket betyder, at blodpladerne udsender lys overvejende kun i én retning, selv når de er stablet.

"Jo flere blodplader vi hober oven på hinanden, jo mere intenst bliver lyset. Dette lader os påvirke lysintensiteten uden at miste den foretrukne emissionsretning, " siger Jakub Jagielski, en ph.d.-studerende i Shihs gruppe og førsteforfatter til undersøgelsen offentliggjort i Naturkommunikation . Sådan lykkedes det forskerne at fremstille et materiale, der for første gang kun udsender højintensitetslys i én retning.

Meget energieffektivt blåt lys

Ved at bruge denne proces, forskerne har produceret lyskilder til blå, grøn, gult og orange lys. De siger, at den røde farvekomponent, som også kræves til skærme, endnu ikke kan realiseres med den nye teknologi.

I tilfælde af det nyoprettede blå lys, omkring to femtedele af det genererede lys når observatørens øje, sammenlignet med kun en femtedel med konventionel QLED-teknologi. "Det betyder, at vores teknologi kun kræver halvt så meget energi for at generere lys af en given intensitet, " siger professor Shih. For andre farver, imidlertid, den hidtil opnåede effektivitetsgevinst er mindre, så forskerne udfører yderligere forskning med henblik på at øge dette.

Sammenlignet med konventionelle LED'er, den nye teknologi har en anden fordel, som forskerne understreger:de nye stablede QLED'er er meget nemme at producere i et enkelt trin. Det er også muligt at øge intensiteten af ​​konventionelle LED'er ved at arrangere flere lysemitterende lag oven på hinanden; imidlertid, dette skal gøres lag for lag, hvilket gør produktionen mere kompleks.