Las plaquetas en lugar de las esferas hacen que las pantallas sean más económicas
Los científicos de la ETH han seguido desarrollando la tecnología QLED para las pantallas. Han producido fuentes de luz que por primera vez emiten luz de alta intensidad en una sola dirección. Esto reduce las pérdidas por dispersión, lo que hace que la tecnología sea extremadamente eficiente desde el punto de vista energético.
La luz UV brilla sobre un panel de vidrio, recubierto con varias capas de nanoplacas semiconductoras bidimensionales, que emite luz azul.
ETH Zürich / Jakub Jagielski
Las pantallas QLED están en el mercado desde hace algunos años. Son conocidos por sus colores brillantes e intensos, que se producen utilizando lo que se conoce como tecnología de punto cuántico: QLED significa diodo emisor de luz de punto cuántico. Los investigadores de la ETH Zúrich han desarrollado una tecnología que aumenta la eficiencia energética de los QLED. Al minimizar las pérdidas de dispersión de la luz en el interior de los diodos, una mayor proporción de la luz generada se emite al exterior.
Los QLED convencionales consisten en una multitud de nanocristales semiconductores esféricos, conocidos como puntos cuánticos. En una pantalla, cuando estos nanocristales son excitados por detrás con luz UV, la convierten en luz de color en el rango visible. El color de la luz que produce cada nanocristal depende de la composición de su material.
Sin embargo, la luz que emiten estos nanocristales esféricos se dispersa en todas las direcciones dentro de la pantalla; sólo una quinta parte de ella llega al mundo exterior y es visible para el observador. Para aumentar la eficiencia energética de la tecnología, los científicos han intentado durante años desarrollar nanocristales que emitan luz en una sola dirección (hacia adelante, hacia el observador) - y ya existen algunas fuentes de luz de este tipo. Pero en lugar de cristales esféricos, estas fuentes están compuestas por nanoplacas ultrafinas que emiten luz sólo en una dirección: perpendicular al plano de la plaqueta.
Si estas nanoplateletas están dispuestas una al lado de la otra en una capa, producen una luz relativamente débil que no es suficiente para las pantallas. Para aumentar la intensidad de la luz, los científicos están intentando superponer varias capas de estas plaquetas. El problema con este enfoque es que las plaquetas comienzan a interactuar entre sí, con el resultado de que la luz se emite de nuevo no sólo en una dirección sino en todas las direcciones.
Apilados y aislados entre sí
Chih-Jen Shih, profesor de química técnica en el ETH de Zúrich, y su equipo de investigadores han apilado ahora plaquetas de semiconductores extremadamente finas (2,4 nanómetros) de tal manera que están separadas entre sí por una capa aislante aún más fina (0,65 nanómetros) de moléculas orgánicas. Esta capa evita las interacciones cuántico-físicas, lo que significa que las plaquetas emiten luz predominantemente en una sola dirección, incluso cuando están apiladas.
"Cuantas más plaquetas apilamos una encima de la otra, más intensa se vuelve la luz. Esto nos permite influir en la intensidad de la luz sin perder la dirección de emisión preferida", dice Jakub Jagielski, estudiante de doctorado del grupo de Shih y primer autor del estudio publicado en Nature Communications. Así es como los científicos lograron producir un material que por primera vez emite luz de alta intensidad en una sola dirección.
Luz azul muy eficiente en cuanto a energía
Usando este proceso, los investigadores han producido fuentes de luz para la luz azul, verde, amarilla y naranja. Dicen que el componente de color rojo, que también se requiere para las pantallas, todavía no puede realizarse con la nueva tecnología.
En el caso de la luz azul recién creada, alrededor de dos quintas partes de la luz generada llega al ojo del observador, en comparación con sólo una quinta parte con la tecnología QLED convencional. "Esto significa que nuestra tecnología requiere sólo la mitad de la energía para generar luz de una intensidad determinada", dice el profesor Shih. Sin embargo, en el caso de otros colores, el aumento de la eficiencia logrado hasta ahora es menor, por lo que los científicos están llevando a cabo más investigaciones con el fin de aumentarlo.
En comparación con los LEDs convencionales, la nueva tecnología tiene otra ventaja, tal y como subrayan los científicos: los novedosos QLEDs apilados son muy fáciles de producir en un solo paso. También es posible aumentar la intensidad de los LEDs convencionales disponiendo varias capas emisoras de luz una encima de la otra; sin embargo, esto debe hacerse capa por capa, lo que hace que la producción sea más compleja.
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