Обычные QLED состоят из множества сферических полупроводниковых нанокристаллов, известных как квантовые точки. На экране, когда эти нанокристаллы возбуждаются сзади УФ-светом, они преобразуют его в цветной свет видимого диапазона. Цвет света, излучаемого каждым нанокристаллом, зависит от его материального состава.
Однако свет, излучаемый этими сферическими нанокристаллами, рассеивается во всех направлениях внутри экрана; только пятая часть его попадает во внешний мир и видна наблюдателю. Чтобы повысить энергоэффективность технологии, ученые в течение многих лет пытались разработать нанокристаллы, которые излучают свет только в одном направлении (вперед, к наблюдателю) – и уже существует несколько таких источников света. Но вместо сферических кристаллов эти источники состоят из ультратонких нанопластинок, которые излучают свет только в одном направлении: перпендикулярно плоскости пластинки.
Если эти нанопластинки расположены рядом друг с другом в слое, они производят относительно слабый свет, которого недостаточно для экранов. Чтобы увеличить интенсивность света, ученые пытаются наложить несколько слоев этих тромбоцитов.
Проблема с этим подходом заключается в том, что пластинки начинают взаимодействовать друг с другом, в результате чего свет снова излучается не только в одном направлении, но и во всех направлениях.
Сложены и изолированы друг от друга
Чих-Джен Ши, профессор технической химии в ETH Zurich, и его команда исследователей теперь сложили очень тонкие (2.4 нанометра) полупроводниковых пластин таким образом, что они отделены друг от друга еще более тонкими (0.65 нанометров) изолирующий слой органических молекул. Этот слой предотвращает квантово-физические взаимодействия, что означает, что пластинки излучают свет преимущественно только в одном направлении, даже когда они сложены стопкой.
"Чем больше пластинок мы кладем друг на друга, тем ярче становится свет. Это позволяет нам влиять на интенсивность света без потери предпочтительного направления излучения », – говорит Якуб Ягельски, докторант в группе Ши и первый автор исследования, опубликованного в Nature Communications. Так ученым удалось получить материал, который впервые излучает свет высокой интенсивности только в одном направлении.
Очень энергоэффективный синий свет
Используя этот процесс, исследователи создали источники света синего, зеленого, желтого и оранжевого цветов. Говорят, что красная составляющая цвета, которая также требуется для экранов, пока не может быть реализована с помощью новой технологии.
В случае недавно созданного синего света около двух пятых генерируемого света достигает глаза наблюдателя, по сравнению с одной пятой при использовании традиционной технологии QLED. «Это означает, что нашей технологии требуется только половина энергии для генерации света заданной интенсивности», – говорит профессор Ши. Однако для других цветов прирост эффективности, достигнутый на данный момент, меньше, поэтому ученые проводят дальнейшие исследования с целью увеличения этого показателя.
По сравнению с обычными светодиодами, новая технология, как подчеркивают ученые, имеет еще одно преимущество: новые многослойные светодиоды QLED очень легко изготовить за один шаг. Также возможно увеличить интенсивность обычных светодиодов, расположив несколько светоизлучающих слоев друг на друге; однако это нужно делать слой за слоем, что усложняет производство.