Grønt lys til ultrafine displayfarver

Kemiske ingeniører fra ETH Zürich er lykkedes med at generere ultrarent grønt lys for første gang. Den nye lysdiode vil bane vejen for synligt forbedret farvekvalitet i en ny generation af ultrahøjdefinitionsskærme til fjernsyn og smartphones.

Chih-Jen Shih er meget tilfreds med sit gennembrud:"Til dato, ingen er lykkedes med at producere grønt lys så rent som vi har, "siger professoren i kemiteknik i sit laboratorium på Hönggerberg-campus. Han peger på en ultratynd, bøjelig lysdiode (LED), som viser de tre bogstaver "ETH" i en fin nuance af lysegrøn.

Shihs fremskridt er betydelig, især hvad angår den næste generation af skærme med ultrahøj opløsning, der bruges til fjernsyn og smartphones. Elektroniske enheder skal først kunne producere ultra-ren rød, blåt og grønt lys for at give den næste generation af skærme mulighed for at vise billeder, der er klarere, skarpere, rigere på detaljer og med et mere raffineret udvalg af farver. For det meste, dette er allerede muligt for rødt og blåt lys; grønt lys, imidlertid, har hidtil nået grænserne for teknologi.

Dette skyldes hovedsageligt menneskelig opfattelse, da øjet er i stand til at skelne mellem flere mellemliggende grønne nuancer end røde eller blå. "Dette gør den tekniske produktion af ultra-ren grøn meget kompleks, hvilket skaber udfordringer for os, når det kommer til udvikling af teknologi og materialer, "siger Sudhir Kumar, medleder forfatter til rapporten.

Op til 99 procent ultra-ren grøn

Det bliver tydeligt ved henvisning til Rec.2020-standarden, hvor store fremskridt Shihs ultragrønne lys har gjort i udviklingen af ​​den næste generation af displays. Den internationale standard definerer de tekniske krav til ultrahøj opløsning (kendt som "Ultra HD") displays og danner ramme for yderligere forskning og udvikling. Kravene omfatter også en forbedring af farvekvaliteten, der er synlig for det blotte øje. Standarden giver den farveskala, som et display kan gengive og derfor et bredere udvalg af farvetoner.

Ultra-ren grøn spiller en central rolle i udvidelsen af ​​farveområdet, eller gamut. Ultimativt, nye nuancer skabes gennem den tekniske blanding af tre grundfarver:rød, blå og grøn. Jo renere grundfarver, jo bredere række af nuancer en skærm kan vise. Shihs nye LED er på linje med 97 til 99 procent af Rec. 2020 standard. Til sammenligning, de reneste farve -tv -skærme, der i øjeblikket er tilgængelige på markedet, dækker i gennemsnit kun 73,11 til 77,72 procent; ingen overstiger 80 procent.

Billig, producerbar LED -teknologi

Wendelin Stark, ETH professor i funktionel materialeteknik, sammen med forskere fra Sydkorea og Taiwan, bidrog også til projektresultaterne, som er blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nano bogstaver . Shih fik ikke kun et gennembrud med hensyn til resultaterne, men også i materialet og metoden. Han og hans kolleger har effektivt udviklet en ultratynd, bøjelig lysemitterende diode, der kan udsende rent grønt lys ved hjælp af simple rumtemperaturprocesser. Shih siger, at dette er det andet aspekt af hans gennembrud og er mindst lige så vigtigt, da det indtil nu var påkrævet ved høj temperaturprocesser at producere rent lys med LED-teknologi. "Fordi vi var i stand til at realisere hele processen ved stuetemperatur, vi har åbnet muligheder for det enkle, billig industriproduktion af ultragrønne lysemitterende dioder i fremtiden, "siger Jakub Jagielski, medleder forfatter til rapporten.

Mere specifikt, Shih og hans team brugte nanomaterialer til at videreudvikle LED -teknologien. En lysemitterende diode indeholder normalt en halvlederkrystal, der omdanner elektrisk strøm, der passeres gennem den, til strålende lys. Råmaterialet er normalt indium galliumnitrid (InGaN); imidlertid, dette materiale har ikke de ideelle egenskaber til fremstilling af ultrarent grønt lys. Så Shihs team brugte i stedet perovskit, et materiale, der også bruges til fremstilling af solceller, og som relativt effektivt kan omdanne elektricitet til lys. Det er også billigt og hjælper med at gøre fremstillingsprocessen enkel og hurtig - det tager kun en halv time at rengøre perovskit kemisk og gøre den klar til brug, siger Shih.

Perovskitmaterialet i Shihs lysemitterende diode er et minimum på 4,8 nanometer i tykkelse. Dette er en vigtig faktor, da farvekvaliteten afhænger af tykkelsen og formen af ​​den anvendte nanokrystal. For at nå den ønskede rene grønne, krystallerne bør ikke være tykkere eller tyndere. Disse fleksible, ultratynde lysemitterende dioder er lige så bøjelige som et ark papir. Derfor, de kan fremstilles billigt og hurtigt ved hjælp af f.eks. den eksisterende roll-to-roll-proces. Shih siger, at dette også vil gavne industriproduktionen i fremtiden.

Næste trin:forbedre effektiviteten

Imidlertid, det vil stadig tage noget tid, før vi ser den første industrielle anvendelse af ultragrønne lysemitterende dioder. Det næste trin for Shih er først at forbedre effektiviteten. I dag, hans LED fungerer med 3 procent effektivitet ved omdannelse af elektricitet til lys; sammenlignet med, Tv -skærme, der i øjeblikket er tilgængelige på markedet, har effektivitetsværdier på 5 til 10 procent. Shih håber, at den næste version bliver 6 til 7 procent mere effektiv. Han ser også potentiale for forbedring i levetiden for sin lysemitterende diode. I øjeblikket, den lyser i cirka to timer, der henviser til, at skærme på markedet bør fungere i mange år.