Els LEDs quàntics blancs aconsegueixen ser més eficients

Els investigadors han demostrat que els diodes d'emissió de llum blanca (LED) basats en nanomaterials, tenen una eficiència lluminosa rècord de 105 lumens per watt. L'eficiència lluminosa és una mesura de com una font de llum utilitza energia per generar-ne. Amb un major desenvolupament, els nous LED podrien aconseguir eficiències de més de 200 lumens per watt, convertint-los en una font prometedora d'enllumenat energètic per a habitatges, oficines i televisors.
Els LED eficients tenen un fort potencial per estalviar energia i protegir el medi ambient. La substitució de fonts d'il·luminació convencionals amb LED amb una eficiència de 200 lumens per watt disminuiria l'electricitat global consumida per la il·luminació en més de la meitat. Aquesta reducció és igual a l'electricitat creada per 230 plantes típiques de carbó de 500 megavats i reduiria les emissions de gasos d'efecte hivernacle en 200 milions de tones.

Aquests nous LED utilitzen LEDs disponibles de mercat de llum blava, combinats amb lents flexibles, amb una solució de partícules semiconductores de mida nanomètrica anomenades punts quàntics. La llum del LED blau provoca que els punts quàntics emetin colors verd i vermell, que es combinen amb l'emissió blava per crear llum blanca.
Els nous LEDs van aconseguir un major nivell d'eficiència que altres LED blancs basats en punts quàntics, ja que els mètodes de síntesi i fabricació per fer que els punts quàntics i els nous LED siguin fàcils, econòmics i aplicables per a la producció en massa.

Avantatges dels punts quàntics
Per crear llum blanca amb els LEDs actuals, la llum blava i groga es combina afegint un revestiment groc fosforós als LED blaus. Com que els fòsfors tenen un ampli rang d'emissió que va des del blau al vermell, és difícil sintonitzar de manera sensible les propietats de la llum blanca generada.

A diferència dels fòsfors, els punts quàntics generen colors purs perquè només emeten una part estreta de l'espectre. Aquesta emissió estreta permet crear una llum blanca d'alta qualitat amb temperatures de color i propietats òptiques precises combinant punts quàntics que generen colors diferents amb un LED blau. Els punts quàntics també ofereixen l'avantatge de ser fàcils de fer i el color de les seves emissions es pot canviar fàcilment augmentant la mida de la partícula semiconductora. A més, els punts quàntics es poden utilitzar de manera avantatjosa per generar fonts de llum blanca càlida com a bombetes incandescents o fonts blanques fredes com a làmpades fluorescents típiques canviant la concentració de punts quàntics incorporats.
Tot i que els punts quàntics incrustats en una pel·lícula s'utilitzen actualment en televisors LED, aquest enfocament d'il·luminació no és adequat per a un ús generalitzat en aplicacions d'il·luminació general. La transferència de punts quàntics en un líquid permet que els investigadors superin la problemàtica sobre l'eficiència que es produeix quan els nanomaterials estan incrustats en polímers sòlids.

La fabricació de LEDs blancs eficients requereix punts quàntics que converteixen de manera eficient la llum blava en vermella o verda. Els investigadors van realitzar més de 300 reaccions de síntesi per identificar les millors condicions, com ara la temperatura i el temps de la reacció, per a la realització de punts quàntics que s'emeten a diferents colors mentre exhibeixen una eficiència òptima.
La creació de llum blanca requereix integrar la quantitat adequada de punts quàntics, i fins i tot si s'aconsegueix, hi ha un nombre infinit de combinacions de color blau, verd i vermell que poden portar a blanc. S'ha desenvolupat una simulació basada en un enfocament teòric del que s'ha informat recentment i s'ha utilitzat per determinar les quantitats adequades i les millors combinacions de colors de punts quàntics per a la generació eficient de llum blanca.
Per fer els nous LED, els investigadors van omplir l'espai entre una lent de polímer i un xip LED amb una solució de punts quàntics que es van sintetitzar barrejant cadmi, seleni, zinc i sofre a altes temperatures. Els investigadors van utilitzar un tipus de silicona per fer la lent perquè la seva elasticitat els permetia injectar solucions a la lent sense cap solució que s'escapés, i la transparència del material permetia la transmissió de llum necessària.

Els investigadors van mostrar que els seus LEDs blancs líquids podien aconseguir una eficiència doble que la dels LED, que incorporaven punts quàntics en films sòlids. També van usar els seus LEDs blancs per il·luminar una pantalla de 7 polzades.
Els punts quàntics són una gran promesa per a aplicacions eficients d'il·luminació. Encara hi ha un marge important per al desenvolupament tecnològic que generaria enfocaments més eficients per a la il·luminació. Com a pas següent, els investigadors treballen per augmentar l'eficiència dels LED, i volen assolir nivells d'alta eficiència utilitzant materials respectuosos amb el medi ambient que són cadmi i sense cables. També planegen estudiar els LEDs líquids en diferents condicions per garantir que siguin estables a llarg termini.

Font: Optical Society of America