Изследователи от САЩ проучиха микроскопичните промени, протичащи във вътрешността на светодиодите на базата на квантови точки — наноразмерни частици, излъчващи светлина с изключително висока цветова чистота. Те откриха причината и начина за решаване на проблема с бързото излизане от строя на сините светодиоди, като удължиха срока на експлоатация им 5000 пъти. Това проправя пътя към създаването на QD-LED дисплеи с дълъг експлоатационен срок на матрицата, лазери, сензори и дори нови източници на осветление.

Квантовите точки са частици с размер от само няколко нанометра. Те излъчват светлина с точно определена дължина на вълната, която зависи от размера им: по-големите точки дават червена светлина, а по-малките — синя. Светодиодите, базирани на квантови точки (QD-LED), дават невероятно чисти и наситени цветове, които е невъзможно да се получат с помощта на обикновени луминофори.

Проблемът е в прекалено краткия срок на експлоатация, особено при сините светодиоди. Оказа се, че сините квантови точки се разграждат 50–100 пъти по-бързо от червените и зелените, пише MIT News. За да разберат причината, изследователи от Масачузетския технологичен институт разработиха метод за нарязване на QD-LED на свръхтънки слоеве с дебелина от няколко нанометра и ги изследваха чрез мощни микроскопи.

Сравнявайки новопроизведените устройства с тези, които са работили в ускорен режим, учените установиха, че в сините QD-LED трите основни функционални слоя, отговарящи за светенето, се изтъняват и променят своята морфология. Освен това самите квантови точки се слепват и губят формата си. Причината се оказа в отделянето на водород и кислород от материалите на устройството по време на работа — тези елементи предизвикват химична деградация.След това, за да предотвратят разрушаването, изследователите приложиха метод, който вече се използва в промишлеността за други цели: капсулираха QD-LED в защитна обвивка от акрилатна смола. Този прост и мащабируем процес потиска отделянето на водород и кислород, като запазва структурата на слоевете.

Търговското приложение и бъдещето на пазара

Резултатът надмина очакванията: експлоатационният живот на червените QD-LED се увеличи 8 пъти, а на сините — повече от 5000 пъти. Сега сините QD-LED по отношение на дълготрайността се доближиха до изискванията за комерсиалните дисплеи.

В момента екипът работи върху добавянето на допълнителни слоеве в структурата на QD-LED за по-нататъшно повишаване на ефективността и експлоатационния срок. Освен това учените планират да приложат придобитите знания за създаването не само на дисплеи, но и на лазери, сензори и дори нови източници на осветление.

Досега производителите на потребителска електроника бяха принудени да използват сложни софтуерни алгоритми и допълнителни хардуерни филтри, за да компенсират постепенното отслабване на синия цвят в дисплеите. Успехът на учените от MIT ще позволи на индустрията да премине към чисти електролуминесцентни екрани от ново поколение.