ETH -forskare har vidareutvecklat QLED -teknik för skärmar. De har producerat ljuskällor som för första gången avger högintensivt ljus i endast en riktning. Detta minskar spridningsförluster, vilket gör tekniken extremt energieffektiv.

QLED -skärmar har funnits på marknaden i några år nu. De är kända för sina ljusa, intensiva färger, som produceras med hjälp av så kallad quantum dot -teknik:QLED står för quantum dot light emitting diode. Forskare vid ETH Zürich har nu utvecklat en teknik som ökar QLED:s energieffektivitet. Genom att minimera spridningsförlusterna av ljus inuti dioderna, en större andel av ljuset som genereras utsänds till utsidan.

Konventionella QLED består av en mängd sfäriska halvledarnanokrystaller, kallas kvantprickar. I en skärm, när dessa nanokristaller upphetsas bakifrån med UV -ljus, de omvandlar det till färgat ljus i det synliga området. Ljusfärgen som varje nanokristall producerar beror på dess materialkomposition.

Dock, ljuset som dessa sfäriska nanokristaller avger spridning i alla riktningar inuti skärmen; bara ungefär en femtedel av den tar sig till omvärlden och är synlig för observatören. För att öka teknikens energieffektivitet, forskare har försökt i flera år att utveckla nanokristaller som avger ljus i endast en riktning (framåt, mot observatören) - och några sådana ljuskällor finns redan. Men i stället för sfäriska kristaller, dessa källor består av ultratunna nanoplateletter som avger ljus endast i en riktning:vinkelrätt mot blodplättens plan.

Om dessa nanoplateletter är placerade bredvid varandra i ett lager, de ger ett relativt svagt ljus som inte är tillräckligt för skärmar. För att öka ljusintensiteten, forskare försöker överlagra flera lager av dessa trombocyter. Problemet med detta tillvägagångssätt är att trombocyterna börjar interagera med varandra, med det resultat att ljuset åter avges inte bara i en riktning utan i alla riktningar.

Staplade och isolerade från varandra

Chih-Jen Shih, Professor i teknisk kemi vid ETH Zürich, och hans forskargrupp har nu staplat extremt tunna (2,4 nanometer) halvledarplättar på ett sådant sätt att de separeras från varandra med ett ännu tunnare (0,65 nanometer) isolerande lager av organiska molekyler. Detta lager förhindrar kvantfysiska interaktioner, vilket betyder att trombocyterna avger ljus övervägande bara i en riktning, även när den staplas.

"Ju fler trombocyter vi staplar ovanpå varandra, ju mer intensivt ljuset blir. Detta låter oss påverka ljusintensiteten utan att förlora den föredragna emissionsriktningen, "säger Jakub Jagielski, en doktorand i Shihs grupp och första författare till studien publicerad i Naturkommunikation . Det var så forskarna lyckades producera ett material som för första gången avger högintensivt ljus i endast en riktning.

Mycket energieffektivt blått ljus

Med denna process, forskarna har producerat ljuskällor för blått, grön, gult och orange ljus. De säger att den röda färgkomponenten, som också krävs för skärmar, kan ännu inte förverkligas med den nya tekniken.

När det gäller det nyskapade blå ljuset, omkring två femtedelar av det genererade ljuset når observatörens öga, jämfört med bara en femtedel med konventionell QLED-teknik. "Det betyder att vår teknik bara kräver hälften så mycket energi för att generera ljus med en viss intensitet, "Säger professor Shih. För andra färger, dock, effektivitetsvinsten hittills är mindre, så forskarna bedriver ytterligare forskning för att öka detta.

Jämfört med konventionella lysdioder, den nya tekniken har en annan fördel, som forskarna betonar:de nya staplade QLED:erna är mycket enkla att producera i ett enda steg. Det är också möjligt att öka intensiteten hos konventionella lysdioder genom att placera flera ljusemitterande lager ovanpå varandra; dock, detta måste göras lager för lager, vilket gör produktionen mer komplex.