Познато ли ви е усещането, когато екранът на смартфона ви избледнява под яркото слънце? Или когато цветовете във филма изглеждат избледнели и фалшиви? Свикнали сме дисплеите да стават все по-добри с всяка година, но изглежда, че инженери от Хонконг подготвят не просто поредния ъпгрейд, а истински скок напред.

Става дума за технология, която обещава да направи екраните ни три пъти по-ярки, цветовете по-ясни и по-богати от всякога, а батериите на телефоните – по-дълготрайни. И всичко това се дължи на малки, почти невидими частици – квантовите пръчици.

Какво е QLED и какво общо има с пръчиците?

За да разберем същността на пробива, трябва да направим малка крачка назад. Почти всички са чували за QLED телевизорите. Те се основават на квантови точки – микроскопични полупроводникови кристали, които светят в определен цвят под въздействието на енергия. Представете си милиарди миниатюрни лампички, всяка от които е перфектно калибрирана в собствен цвят. По този начин вече е постигнато зашеметяващо цветопредаване.

Но квантовите точки имат „по-големи братя“ – квантови пръчици (QRLED). Както подсказва името, те имат по-скоро издължена, отколкото сферична форма. Тази на пръв поглед дреболия им дава ключово предимство: те са по-ефективни при излъчването на светлината навън. Докато квантовата точка е нещо като обикновена електрическа крушка, квантовата пръчица прилича по-скоро на миниатюрна флуоресцентна лампа, като светлината от нея се разпространява по-насочено и с по-малко загуби.

Звучи перфектно, нали? Но доскоро квантовите пръчици имаха своята ахилесова пета.

Защо зелената светлина се оказа „твърд орех“?

По ирония на съдбата основният проблем за учените е бил зеленият цвят. Във всяка система за изобразяване (независимо дали е RGB или друг модел) чистотата на основните цветове – червен, зелен и син – определя колко богата и точна ще бъде крайната палитра. И ако при червените и сините пръчици всичко е повече или по-малко наред, то зелените QRLED силно отстъпват на своите „точкови“ събратя.

Какъв е проблемът? Да го кажем опростено. За да светне пръчицата, към нея трябва да се приложи електрически заряд. Но в предишните версии на технологията този процес беше като да се опитваш да налееш вода в течаща кофа:

• Неефективното „доставяне“ на енергия. Зарядът просто не достигаше до целта в необходимото количество.
• Течовете. Някои от електроните „изтичаха“ покрай ядрото, като не се превръщаха в светлина, а просто се губеха под формата на топлина.
• Твърде „дебели дрехи“. Всяка квантова пръчица е покрита с изолационна обвивка и специални лиганд молекули. Можете да си ги представите като дебело палто с дълги ръкави. Тази „дреха“ пречи на пръчиците да се подреждат плътно една до друга и да обменят ефективно енергията си.

В резултат на това зелената светлина се оказваше слаба, а самото устройство бързо деградираше. Идеята е страхотна, но изпълнението е неубедително.

Инженерната магия: как са „поправили“ квантовите пръчици

И тук се намесва екипът на професор Абхишек К. Сривастава от Университета в Хонконг. Те не търсят заобиколни пътища, а се заемат с проблема, като преработват самата структура на наночастиците.

Първо, те създават нов дизайн на сърцевината на пръчицата с градиентна сплав и правят външната ѝ обвивка възможно най-тънка. Това е все едно да замените дебелата нишка на фитила в свещта с модерна, която гори по-ярко и по-дълго.

Второ, те променят самата форма и размер на пръчиците. Новите пръчици са по-къси и по-гладки. Това дава възможност те да бъдат опаковани във фолиото за дисплеи като идеално подбрани моливи в кутия – плътно, без пролуки и празнини. Тази опаковка значително подобрява преноса на заряд.

И накрая, те работят със самите „дрехи“. Дългите и тромави молекули на лигандите бяха заменени с по-къси и ефикасни. И за да решат окончателно проблема с изтичането, те са добавили специален двуслоен „проводящ“ слой, който работи като умен турникет: позволява на зарядите да преминават в правилната посока и блокира изтичането им.

Какво се получава в крайна сметка? Числата говорят сами за себе си

Резултатите от тази бижутерска работа впечатляват не само учените, но и обещават реални ползи за нас, обикновените потребители.

Яркост, която е трудно да си представим. Новите QRLED осигуряват максимална яркост от над 500 000 cd/m². За да разберем по-ясно, това е по-ярко от множество професионални студийни светлини. Телефонът ви няма да ослепее на Слънцето.

Рекордна ефективност. Ефективността на съотношението електричество-светлина (EQE) достигна 24%. Това не изглежда като голямо увеличение в сравнение с 22% при предишните модели, но в света на оптоелектрониката това е огромна стъпка, което означава по-малко топлина и по-дълготраен живот на батерията.

Невероятна издръжливост. Заявената продължителност на живота е над 22 000 часа при непрекъсната употреба. Това са почти три години, ако изобщо не изключвате екрана. При нормална употреба (например 6-8 часа на ден) подобен дисплей ще издържи десетилетие.

По същество изследователите са взели една обещаваща, но „сурова“ технология и са я довели до състояние, готово за пазара.

Отвъд смартфоните и телевизорите

Разбира се, първите, които ще използват тази технология, са производителите на флагмански смартфони и първокласни телевизори. По-ярките, по-сочни екрани с най-широка цветова гама (благодарение на „перфектното“ зелено) са мощен маркетингов коз.

Но потенциалът на QRLED е много по-широк. Помислете за устройствата за добавена и виртуална реалност (AR/VR). За тях от решаващо значение са не само яркостта и цветопредаването, но и минималното време за реакция и енергийната ефективност. Новите светодиоди могат да бъдат липсващото звено, което ще направи виртуалните светове наистина неразличими от реалността.

Работата на екипа от Хонконг е чудесен пример за това как фундаменталната наука, задълбаваща в свойствата на наночастиците, води до технологии, които биха могли да променят ежедневните ни навици. И макар че е малко вероятно да видим надпис от типа „Произведено с помощта на меъафазно инженерство“ върху кутията на новата джаджа, това е нещо, което ще направи екрана да изглежда като нещо, което не сме виждали досега.