Nyligen, quantum dots (QDs) – halvledarpartiklar i nanostorlek som producerar ljusa, skarp, färgljus – har flyttat från forskningslabbet till kommersiella produkter som avancerade TV-apparater, e-läsare, bärbara datorer, och även lite LED-belysning. Dock, QD:er är dyra att göra så det finns en push för att förbättra deras prestanda och effektivitet, samtidigt som de sänker sina tillverkningskostnader.

Forskare från University of Illinois i Urbana-Champaign har producerat några lovande resultat mot det målet, utveckla en ny metod för att extrahera mer effektivt och polariserat ljus från kvantprickar (QDs) över ett storskaligt område. Deras metod, som kombinerar QD och fotonisk kristallteknologi, kan leda till en ljusare och effektivare mobiltelefon, läsplatta, och datorskärmar, samt förbättrad LED-belysning.

Med finansiering från Dow Chemical Company, forskargruppen, leds av Electrical &Computer Engineering (ECE) professor Brian Cunningham, Kemiprofessor Ralph Nuzzo, och professor i maskinvetenskap och teknik Andrew Alleyne, inbäddade QDs i nya polymermaterial som bibehåller stark kvanteffektivitet. De använde sedan elektrohydrodynamisk jet (e-jet) tryckteknik för att exakt skriva ut QD-inbäddade polymerer på fotoniska kristallstrukturer. Denna precision eliminerar bortkastade QDs, som är dyra att göra.

Dessa fotoniska kristaller begränsar riktningen som det QD-genererade ljuset emitteras, vilket betyder att de producerar polariserat ljus, som är mer intensiv än normal QD-ljuseffekt.

Enligt Gloria See, en ECE-student och huvudförfattare till forskningen som rapporterades denna vecka i Bokstäver i tillämpad fysik , deras replikformade fotoniska kristaller kan en dag leda till ljusare, billigare, och effektivare skärmar. "Eftersom skärmar förbrukar stora mängder energi i enheter som bärbara datorer, telefoner, och surfplattor, vårt tillvägagångssätt kan ha en enorm inverkan på energiförbrukningen och batteritiden, " noterade hon.

"Om du börjar med polariserat ljus, då fördubblar du din optiska effektivitet, " Se förklarat. "Om du sätter den fotonkristallförstärkta kvantpunkten i en enhet som en telefon eller dator, då kommer batteriet att räcka mycket längre eftersom skärmen bara drar hälften så mycket ström som konventionella skärmar."

För att demonstrera tekniken, Se tillverkade en ny 1 mm-enhet (aka Robot Man) gjord av gula fotonkristallförstärkta QDs. Enheten är gjord av tusentals kvantprickar, var och en mäter cirka sex nanometer.

"Vi gjorde en liten enhet, men processen kan lätt skalas upp till stora flexibla plastskivor, "Se sagt. "Vi gör en dyr "master"-gjutmall som måste utformas mycket exakt, men vi kan använda mallen för att producera tusentals kopior mycket snabbt och billigt."