Ученые создали светодиод толщиной с лист бумаги, который светит как солнце

Сверхтонкое устройство использует квантовые точки для подсветки светодиодов. Авторы: Линь Чжоу, Сянхуа Ван

Лампочки бывают самых разных форм — шары, спирали, свечеобразные наконечники и длинные трубки — но лишь немногие из них действительно тонкие. Теперь ученые из ACS Applied Materials & Interfaces разработали светодиод настолько тонкий, что он толщиной почти как лист бумаги, и при этом излучает уютный, солнечный свет. Эта новая конструкция может осветить будущее экранов телефонов и компьютеров, а также других осветительных приборов, одновременно сводя к минимуму нарушение сна, вызванное резким искусственным освещением.

«Эта работа демонстрирует возможность создания сверхтонких светодиодов на квантовых точках большой площади, которые близко соответствуют солнечному спектру», — говорит Сянхуа Ван, один из авторов исследования. — «Эти устройства могут обеспечить создание следующего поколения удобных для глаз дисплеев, адаптивного внутреннего освещения и даже источников с настраиваемой длиной волны для садоводства или оздоровительных применений».

Многие люди предпочитают внутреннее освещение, которое кажется естественным и успокаивающим. Более ранние подходы достигали этого эффекта с помощью гибких светодиодов, которые использовали красные и желтые фосфоресцентные красители для создания свечеподобного тепла. Более новая альтернатива основана на квантовых точках — крошечных полупроводниковых частицах, которые преобразуют электрическую энергию в цветной свет. Некоторые исследовательские группы уже использовали квантовые точки для создания белых светодиодов, но воспроизведение полного спектра солнечного света оставалось трудной задачей, особенно в желтой и зеленой областях, где солнечный свет наиболее силен. Чтобы решить эту проблему, Лей Чен и его коллеги разработали квантовые точки, которые могли воссоздать этот сбалансированный, солнечный свет в тонком белом светодиоде на квантовых точках (QLED). Тем временем группа Вана предложила конструкцию эффективного проводящего материала, которая могла бы эффективно работать при относительно низких напряжениях.

Команда начала с синтеза красных, желто-зеленых и синих квантовых точек, покрытых цинк-серными оболочками. Они определили точное соотношение цветов, необходимое для максимально близкого соответствия спектру естественного солнечного света. Затем они собрали QLED на подложке из стекла с оксидом индия-олова, наслоив проводящие полимеры, смесь квантовых точек, частицы оксида металла и, наконец, верхнее покрытие из алюминия или серебра. Слой квантовых точек имел толщину всего несколько десятков нанометров — намного тоньше, чем стандартные слои преобразования цвета — в результате чего получился белый QLED с общим профилем, сравнимым с обоями.

В первоначальных тестах тонкий QLED показал наилучшие результаты при питании 11,5 вольт (В), излучая максимально яркий, теплый белый свет. Излучаемый свет имел большую интенсивность в красных длинах волн и меньшую интенсивность в синих длинах волн, что, по мнению исследователей, лучше для сна и здоровья глаз. Объекты, освещенные QLED, должны выглядеть близко к своим истинным цветам, набирая более 92% по индексу цветопередачи.

В дальнейших экспериментах исследователи изготовили 26 белых QLED-устройств, используя те же квантовые точки, но разные электропроводящие материалы для оптимизации рабочего напряжения. Эти источники света требовали всего 8 В для достижения максимальной светоотдачи, и около 80% из них превысили целевую яркость для компьютерных мониторов.

Авторы признают финансирование со стороны Национального фонда естественных наук Китая, Фонда естественных наук провинции Аньхой и Специального проекта крупных наук и технологий города Чжуншань.

Интересный факт: Исследования в области светодиодов на квантовых точках активно ведутся с начала 2000-х годов, но только в последнее десятилетие ученым удалось значительно повысить их эффективность и стабильность, что открывает путь к коммерческому применению в дисплеях и освещении.