Luce verde per display più belli

Chih-Jen Shih è davvero soddisfatto. Ha raggiunto una svolta. "Attualmente nessun altro è in grado di produrre luce verde così pura come noi", afferma il professore di chimica tecnica nel suo laboratorio nel 中国足球彩票 H?nggerberg. Indica un diodo a emissione luminosa (LED) ultrasottile e pieghevole. Su di esso compaiono le tre lettere "ETH" in un sottile colore verde chiaro.

Lo sviluppo di Shih è particolarmente importante per la prossima generazione di display ad altissima risoluzione, come quelli utilizzati per televisori e smartphone: Affinché in un prossimo futuro gli schermi possano visualizzare immagini a colori ancora più chiare, nitide, dettagliate e finemente graduate, i dispositivi elettronici corrispondenti devono innanzitutto essere in grado di produrre rosso, blu e verde ultra-puri. Oggi questo è ampiamente possibile per il rosso e il blu. Per il verde, invece, la tecnologia ha finora raggiunto i suoi limiti.

Questo ha a che fare principalmente con la percezione umana: L'occhio distingue più fasi intermedie con il verde che con il rosso e il blu. "Questo rende la produzione tecnica del verde ultrapuro molto impegnativa e ci mette alla prova in termini di tecnologia e sviluppo dei materiali", spiega Sudhir Kumar, autore principale della pubblicazione corrispondente.

Verde ultra-puro al 99%

Uno sguardo all'attuale standard internazionale "Rec.2020" rivela quanto Shih e il suo team abbiano aperto le porte alla prossima generazione di schermi con il loro verde ultra-pulito: Questo definisce i requisiti tecnici per gli schermi ad altissima definizione ("Ultra HD" in breve) in tutto il mondo e fornisce quindi anche un quadro per ulteriori ricerche e sviluppi. I requisiti comprendono anche un significativo miglioramento della qualità del colore visibile a occhio nudo. A tal fine, lo standard prevede l'ampliamento della scala cromatica che uno schermo può riprodurre e quindi del numero di gradazioni di colore.

Il verde ultrapuro svolge un ruolo chiave nell'espansione della gamma di colori, il cosiddetto gamut. In definitiva, le nuove tonalità di colore vengono create mescolando tecnicamente i tre colori primari rosso, blu e verde. Quanto più puri sono i colori primari, tanto più ampia è la gamma di toni di colore che uno schermo può visualizzare. Il nuovo LED di Shih copre dal 97 al 99% dello standard "Rec. 2020". A titolo di confronto, gli schermi TV più puri oggi disponibili sul mercato raggiungono il 73,11-77,72% del valore per il verde ultra-puro. Nessuno raggiunge l'80%.

Tecnologia LED a basso costo

Questo risultato, a cui hanno contribuito anche Wendelin Stark, l'ETH, professore di ingegneria dei materiali funzionali, e ricercatori della Corea del Sud e di Taiwan, è stato pubblicato nel numero di settembre della rivista scientifica "Nano Letters". La scoperta di Shih non riguarda solo il risultato, ma anche il materiale utilizzato e il processo: Shih e i suoi collaboratori hanno infatti sviluppato un diodo a emissione luminosa ultrasottile e pieghevole che può essere prodotto a temperatura ambiente con processi semplici ed emette luce verde pura.

Secondo Shih, questo è il secondo aspetto, altrettanto importante, della sua scoperta. In precedenza, per produrre luce pura con la tecnologia LED erano necessari processi ad alta temperatura. "Riuscendo a realizzare l'intero processo a temperatura ambiente, stiamo aprendo la strada all'industria per produrre in futuro diodi a emissione di luce ultra-verdi in modo semplice ed economico", afferma Jakub Jagielski, primo autore dell'articolo pubblicato su "Nano Letters".

In questo caso specifico, Shih e il suo team hanno utilizzato i nanomateriali per sviluppare ulteriormente la tecnologia LED: I diodi a emissione luminosa contengono solitamente un cristallo semiconduttore che, quando viene attivata una corrente elettrica, converte parte dell'elettricità in luce e la emette. Il nitruro di indio e gallio (InGaN) è solitamente utilizzato come materiale di base. Tuttavia, questo materiale non ha le proprietà migliori per produrre una luce verde di elevata purezza.

Per questo motivo, il team di Sih si è concentrato sulla perovskite. Questo minerale è utilizzato anche nella produzione di celle solari e può convertire l'elettricità in luce in modo relativamente efficiente. ? anche poco costoso e contribuisce a rendere il processo di produzione facile e veloce: la perovskite viene purificata chimicamente ed è pronta per l'uso dopo appena mezz'ora, spiega Shih.

Il materiale di perovskite nel diodo a emissione luminosa di Shih ha uno spessore di soli 4,8 nanometri. Si tratta di un fattore importante, poiché la qualità del colore dipende dallo spessore e dalla forma del nanocristallo utilizzato. In parole povere, ciò significa che i cristalli non devono essere né più spessi né più sottili per ottenere esattamente il colore verde puro desiderato.

Questi diodi luminosi flessibili e ultrasottili possono essere piegati come un foglio di carta. Possono quindi essere prodotti in modo rapido ed economico utilizzando gli attuali processi roll-to-roll o la stampa a getto d'inchiostro, spiega Shih, aggiungendo che questo è un vantaggio in vista della futura produzione industriale.

Il prossimo passo: aumentare l'efficienza

Nonostante tutto, ci vorrà ancora un po' di tempo prima che venga realizzata la prima applicazione industriale del diodo a emissione di luce ultra-verde. Il prossimo passo di Shih è aumentare l'efficienza del suo diodo a emissione luminosa. Oggi il suo LED raggiunge un'efficienza del 3% nella conversione dell'elettricità in luce. In confronto, gli schermi televisivi già presenti sul mercato raggiungono un'efficienza del 5-10%. Nella prossima versione del suo diodo a emissione luminosa, Shih vuole quindi raggiungere un'efficienza del 6-7%. Shih vede anche un ulteriore potenziale per aumentare la durata del suo diodo a emissione luminosa: Oggi si illumina per oltre due ore. Tuttavia, gli schermi disponibili in commercio dovrebbero funzionare per anni. Per l'invenzione è stata presentata un'iscrizione al brevetto.