Gli scienziati dell'ETH hanno ulteriormente sviluppato la tecnologia QLED per gli schermi. Hanno prodotto sorgenti luminose che per la prima volta emettono luce ad alta intensità in una sola direzione. Ciò riduce le perdite di dispersione, che rende la tecnologia estremamente efficiente dal punto di vista energetico.

Gli schermi QLED sono sul mercato ormai da alcuni anni. Sono conosciuti per la loro brillantezza, colori intensi, che vengono prodotti utilizzando la cosiddetta tecnologia a punti quantici:QLED sta per diodo a emissione di luce a punti quantici. I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno ora sviluppato una tecnologia che aumenta l'efficienza energetica dei QLED. Riducendo al minimo le perdite di dispersione della luce all'interno dei diodi, una parte maggiore della luce generata viene emessa verso l'esterno.

I QLED convenzionali sono costituiti da una moltitudine di nanocristalli semiconduttori sferici, noti come punti quantici. In uno schermo, quando questi nanocristalli vengono eccitati da dietro con luce UV, la convertono in luce colorata nel campo del visibile. Il colore della luce prodotto da ogni nanocristallo dipende dalla sua composizione materiale.

Però, la luce che questi nanocristalli sferici emettono si disperde in tutte le direzioni all'interno dello schermo; solo circa un quinto si fa strada verso il mondo esterno ed è visibile all'osservatore. Per aumentare l'efficienza energetica della tecnologia, gli scienziati hanno cercato per anni di sviluppare nanocristalli che emettono luce in una sola direzione (avanti, verso l'osservatore) – e alcune di queste sorgenti luminose esistono già. Ma invece di cristalli sferici, queste sorgenti sono composte da nanopiastrine ultrasottili che emettono luce solo in una direzione:perpendicolare al piano della piastrina.

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 tentando di sovrapporre diversi strati di queste piastrine. Il problema con questo approccio è che le piastrine iniziano a interagire tra loro, con il risultato che la luce viene nuovamente emessa non solo in una direzione ma in tutte le direzioni.

Impilati e isolati l'uno dall'altro

Chih-Jen Shih, Professore di Chimica Tecnica all'ETH di Zurigo, e il suo team di ricercatori hanno ora impilato piastrine semiconduttrici estremamente sottili (2,4 nanometri) in modo tale da essere separate l'una dall'altra da uno strato isolante ancora più sottile (0,65 nanometri) di molecole organiche. Questo strato impedisce le interazioni quantistiche-fisiche, il che significa che le piastrine emettono luce prevalentemente in una sola direzione, anche se impilato.

"Più piastrine si ammucchiano l'una sull'altra, più intensa diventa la luce. Questo ci permette di influenzare l'intensità della luce senza perdere la direzione di emissione preferita, "dice Jakub Jagielski, uno studente di dottorato nel gruppo di Shih e primo autore dello studio pubblicato in Comunicazioni sulla natura . È così che gli scienziati sono riusciti a produrre un materiale che per la prima volta emette luce ad alta intensità in una sola direzione.

Luce blu molto efficiente dal punto di vista energetico

Utilizzando questo processo, i ricercatori hanno prodotto sorgenti luminose per il blu, verde, luce gialla e arancione. Dicono che la componente del colore rosso, che è richiesto anche per gli schermi, non può ancora essere realizzato con la nuova tecnologia.

Nel caso della luce blu appena creata, circa due quinti della luce generata raggiunge l'occhio dell'osservatore, rispetto a solo un quinto con la tecnologia QLED convenzionale. "Ciò significa che la nostra tecnologia richiede solo la metà dell'energia per generare luce di una data intensità, " dice il professor Shih. Per altri colori, però, il guadagno di efficienza ottenuto finora è minore, quindi gli scienziati stanno conducendo ulteriori ricerche al fine di aumentarlo.

Rispetto ai LED convenzionali, la nuova tecnologia ha un altro vantaggio, come sottolineano gli scienziati:i nuovi QLED impilati sono molto facili da produrre in un unico passaggio. È anche possibile aumentare l'intensità dei LED convenzionali disponendo più strati di emissione di luce uno sopra l'altro; però, questo deve essere fatto strato per strato, che rende la produzione più complessa.