ETH-wetenschappers hebben de QLED-technologie voor schermen verder ontwikkeld. Ze hebben lichtbronnen geproduceerd die voor het eerst licht met hoge intensiteit in slechts één richting uitstralen. Dit vermindert verstrooiingsverliezen, waardoor de technologie extreem energiezuinig is.

QLED-schermen zijn al een paar jaar op de markt. Ze staan ​​bekend om hun heldere, intense kleuren, die worden geproduceerd met behulp van de zogenaamde quantum dot-technologie:QLED staat voor quantum dot light emitting diode. Onderzoekers van ETH Zürich hebben nu een technologie ontwikkeld die de energie-efficiëntie van QLED's verhoogt. Door de verstrooiingsverliezen van licht in de diodes te minimaliseren, een groter deel van het gegenereerde licht wordt naar buiten uitgestraald.

Conventionele QLED's bestaan ​​uit een groot aantal sferische halfgeleider nanokristallen, bekend als kwantumdots. Op een scherm, wanneer deze nanokristallen van achteren worden geëxciteerd met UV-licht, ze zetten het om in gekleurd licht in het zichtbare bereik. De kleur van het licht dat elk nanokristal produceert, hangt af van de materiaalsamenstelling.

Echter, het licht dat deze bolvormige nanokristallen uitzenden, verstrooit in alle richtingen in het scherm; slechts ongeveer een vijfde ervan vindt zijn weg naar de buitenwereld en is zichtbaar voor de waarnemer. Om de energie-efficiëntie van de technologie te verhogen, wetenschappers proberen al jaren nanokristallen te ontwikkelen die licht maar in één richting uitstralen (voorwaarts, richting de waarnemer) - en er zijn al een paar van dergelijke lichtbronnen. Maar in plaats van bolvormige kristallen, deze bronnen zijn samengesteld uit ultradunne nanobloedplaatjes die slechts in één richting licht uitstralen:loodrecht op het vlak van de bloedplaatjes.

Als deze nanoplaatjes in een laag naast elkaar liggen, ze produceren een relatief zwak licht dat niet voldoende is voor schermen. Om de lichtintensiteit te verhogen, wetenschappers proberen verschillende lagen van deze bloedplaatjes over elkaar heen te leggen. Het probleem met deze benadering is dat de bloedplaatjes met elkaar gaan interageren, met als resultaat dat het licht weer niet alleen in één richting maar in alle richtingen wordt uitgestraald.

Gestapeld en geïsoleerd van elkaar

Chih-Jen Shih, Hoogleraar Technische Chemie aan de ETH Zürich, en zijn team van onderzoekers hebben nu extreem dunne (2,4 nanometer) halfgeleiderplaatjes zo gestapeld dat ze van elkaar worden gescheiden door een nog dunnere (0,65 nanometer) isolerende laag van organische moleculen. Deze laag voorkomt kwantumfysische interacties, wat betekent dat de bloedplaatjes het licht overwegend in slechts één richting uitstralen, zelfs wanneer gestapeld.

"Hoe meer bloedplaatjes we op elkaar stapelen, hoe intenser het licht wordt. Hierdoor kunnen we de lichtintensiteit beïnvloeden zonder de voorkeursrichting van emissie te verliezen, " zegt Jakub Jagielski, een doctoraatsstudent in de groep van Shih en eerste auteur van de studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie . Zo zijn de wetenschappers erin geslaagd een materiaal te produceren dat voor het eerst licht met hoge intensiteit in slechts één richting uitstraalt.

Zeer energiezuinig blauw licht

Met behulp van dit proces, de onderzoekers hebben lichtbronnen gemaakt voor blauw, groente, geel en oranje licht. Ze zeggen dat de rode kleurcomponent, die ook nodig is voor schermen, met de nieuwe technologie nog niet gerealiseerd kunnen worden.

In het geval van het nieuw gecreëerde blauwe licht, ongeveer twee vijfde van het gegenereerde licht bereikt het oog van de waarnemer, vergeleken met slechts een vijfde met conventionele QLED-technologie. "Dit betekent dat onze technologie slechts half zoveel energie nodig heeft om licht van een bepaalde intensiteit te genereren, " zegt professor Shih. Voor andere kleuren, echter, de tot nu toe behaalde efficiëntiewinst is kleiner, daarom doen de wetenschappers nader onderzoek om dit te vergroten.

In vergelijking met conventionele LED's, de nieuwe technologie heeft nog een ander voordeel, zoals de wetenschappers benadrukken:de nieuwe gestapelde QLED's zijn heel eenvoudig in één stap te produceren. Het is ook mogelijk om de intensiteit van conventionele LED's te verhogen door meerdere lichtgevende lagen op elkaar te plaatsen; echter, dit moet laag voor laag gebeuren, wat de productie complexer maakt.