Le piastrine al posto delle perle rendono gli schermi più economici
Gli scienziati dell'ETH hanno sviluppato ulteriormente la tecnologia QLED per gli schermi. Per la prima volta hanno prodotto sorgenti luminose che emettono luce ad alta intensità in una sola direzione. Questo riduce le perdite per dispersione, rendendo la tecnologia estremamente efficiente dal punto di vista energetico.
Gli schermi QLED sono in vendita da qualche anno. Sono noti per i loro colori intensi e brillanti, prodotti con la cosiddetta tecnologia dei punti quantici. QLED sta per quantum dot light-emitting diode. I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno ora sviluppato una tecnologia che aumenta l'efficienza energetica dei QLED. Gli scienziati hanno ottenuto questo risultato riducendo al minimo le perdite di dispersione della luce all'interno dei diodi. Ciò significa che una percentuale maggiore della luce generata viene emessa all'esterno.
I QLED convenzionali sono costituiti da un gran numero di nanocristalli semiconduttori sferici, noti anche come punti quantici. In uno schermo, questi nanocristalli vengono eccitati da dietro con la luce UV. I cristalli la convertono in luce colorata nella gamma del visibile. A seconda della composizione del materiale del nanocristallo, viene prodotto un colore diverso.
Tuttavia, questi nanocristalli sferici disperdono la luce generata all'interno dello schermo su tutti i lati. Solo circa un quinto della luce generata fuoriesce ed è visibile allo spettatore. Per aumentare l'efficienza energetica della tecnologia, gli scienziati stanno cercando da anni di sviluppare nanocristalli che emettano luce solo in una direzione (in avanti, verso lo spettatore). Le prime sorgenti luminose di questo tipo esistono già. Non sono costituite da cristalli sferici, ma da nanopiastrine ultrasottili. Queste emettono luce in una sola direzione, perpendicolarmente al piano delle piastrine.
Se queste nanopiastrine sono disposte una accanto all'altra in uno strato, producono una luce relativamente debole che non è sufficiente per gli schermi. Per aumentare l'intensità della luce, gli scienziati stanno cercando di posizionare diversi strati di queste piastrine uno sopra l'altro. Così facendo, però, le piastrine iniziano a interagire tra loro e la luce viene emessa non solo in una direzione, ma su tutti i lati.
Impilati e isolati l'uno dall'altro
I ricercatori, guidati da Chih-Jen Shih, professore di chimica tecnica presso l'ETH di Zurigo, hanno ora impilato piastrine di semiconduttore estremamente sottili (2,4 nanometri) in modo che siano separate l'una dall'altra da uno strato isolante ancora più sottile (0,65 nanometri) di molecole organiche. Questo strato impedisce le interazioni quantistico-fisiche, il che significa che anche quando sono impilate, le piastrine emettono luce prevalentemente in una sola direzione.
"Più piastrine impiliamo l'una sull'altra, più intensa diventa la luce. Possiamo così influenzare l'intensità della luce senza perdere la direzione di emissione preferita", spiega Jakub Jagielski, dottorando del gruppo di Shih e primo autore dello studio pubblicato sulla rivista pagina esternaComunicazioni sulla natura pubblicato in una pubblicazione specializzata. Per la prima volta, gli scienziati hanno prodotto un materiale che emette luce ad alta intensità in una sola direzione.
Luce blu ad alta efficienza energetica
I ricercatori sono così riusciti a produrre sorgenti luminose per la luce blu, verde, gialla e arancione. Secondo gli scienziati, la componente di colore rosso, necessaria anche per gli schermi, non può ancora essere prodotta con la nuova tecnologia.
Per quanto riguarda la nuova luce blu, invece di un quinto della luce generata con la tecnologia QLED convenzionale, circa due quinti raggiungono l'occhio dell'osservatore. "Questo significa che per generare una luce di una certa intensità, con la nostra tecnologia abbiamo bisogno solo della metà dell'energia rispetto alla tecnologia QLED tradizionale", spiega l'ETH Professor Shih. Per gli altri colori, tuttavia, l'aumento di efficienza è attualmente ancora minore. Gli scienziati stanno quindi cercando di aumentarlo con ulteriori ricerche.
Rispetto ai LED convenzionali, la nuova tecnologia presenta un altro vantaggio, come sottolineano gli scienziati: I nuovi QLED impilati sono molto facili da produrre in un unico passaggio. Anche con i LED tradizionali è possibile aumentare l'intensità impilando diversi strati di emissione luminosa uno sull'altro. Tuttavia, vengono prodotti strato per strato e sono di conseguenza più complessi.
Riferimento alla letteratura
Jagielski J, Solari SF, Jordan L, Scullion D, Blülle B, Li YT, Krumeich F, Chiu YC, Ruhstaller B, Santos EJG, Shih CJ: Sorgenti fotoniche scalabili utilizzando superlattici bidimensionali di perovskite di alogenuro di piombo. Nature Communications 2020, doi: pagina esterna10.1038/s41467-019-14084-3