Een nieuwe doorbraak in de LED-technologie belooft schermen die niet alleen veel helderder zijn, maar ook langer meegaan én energiezuiniger zijn.
Onderzoekers van de University of Science and Technology of China (USTC) hebben een revolutionaire methode ontwikkeld om perovskiet-LED’s (PeLEDs) stabieler, efficiënter én commercieel haalbaar te maken. De nieuw ontwikkelde PeLEDs haalden een indrukwekkende maximale helderheid van meer dan een miljoen nits.
Tekortkomingen van perovskiet overwonnen
Perovskieten zijn een veelbelovende klasse van halfgeleidermaterialen met unieke eigenschappen: ze zijn goedkoop te produceren, kunnen zeer efficiënt licht uitstralen en zijn veelzijdig inzetbaar in onder meer zonnecellen, detectoren en uiteraard LEDs. De afgelopen jaren is er wereldwijd dan ook fors geïnvesteerd in onderzoek naar perovskiettoepassingen.
Toch was er tot nu toe een groot struikelblok: de stabiliteit. De prestaties van perovskiet-LED’s lieten snel te wensen over door interne defecten, ionenmigratie en energieverliezen als warmte. Volgens het onderzoek, gepubliceerd in Nature, hebben de Chinese wetenschappers nu een manier gevonden om die tekortkomingen te overwinnen.
Omgekeerde aanpak
Waar eerdere technieken zich richtten op het verkleinen van de perovskietkristallen om de efficiëntie op te krikken, gooide het team onder leiding van professor Xiao Zhengguo het over een andere boeg. In plaats van de kristallen sterker in te perken (‘strongly space-confined’), kozen zij voor een ‘weakly space-confined’ benadering. Het resultaat: grotere kristallen met aanzienlijk minder defecten.
Door toevoeging van hypofosforzuur en ammoniumchloride aan de perovskietoplossing en een slimme warmtebehandeling (annealing), slaagden ze erin om films te produceren met grote, stabiele kristalstructuren. Deze nieuwe structuur onderdrukt het probleem van niet-stralende recombinatie – waarbij energie als warmte verloren gaat – en remt schadelijke ionenmigratie af.
Meer dan 1 miljoen nits
De prestaties van de nieuwe PeLEDs zijn indrukwekkend. De onderzoekers rapporteerden een lichtopbrengst van meer dan 22% – vergelijkbaar met of zelfs beter dan commerciële OLED- of microLED-displays. Maar de echte blikvanger is de maximale helderheid: 1,16 miljoen nits. Ter vergelijking: een gemiddeld smartphone- of televisiescherm haalt slechts een paar duizend nits.
Toekomstige toepassingen zijn niet beperkt tot tv-schermen en smartphones. Denk ook aan slimme verlichting, AR/VR-headsets, flexibele displays of stadionverlichting.
Duurzaam én commercieel schaalbaar
Niet alleen de prestaties zijn verbeterd, ook de levensduur is indrukwekkend: bij een gebruikelijke helderheid van 100 nits zouden de PeLEDs meer dan 180.000 uur meegaan – dat is ruim 20 jaar continu gebruik. Daarmee voldoet de technologie ruimschoots aan de eisen voor commerciële verlichtingstoepassingen.
Een bijkomend voordeel: de gebruikte materialen en productiestappen zijn relatief eenvoudig en schaalbaar, wat essentieel is voor massaproductie. In tegenstelling tot bijvoorbeeld microLED-technologie, die nog altijd kampt met hoge kosten en complexe assemblage, biedt deze PeLED-benadering een haalbaar pad richting industriële implementatie.
Doorbraak PeLed-displays dichtbij
De zwakke plek van PeLEDs – instabiliteit en kortdurende werking – lijkt met deze vinding eindelijk aangepakt. Dankzij een innovatieve benadering die de kristalstructuur fundamenteel verbetert, ligt de weg open voor commerciële perovskietdisplays en -verlichting met recordprestaties. Of we over enkele jaren massaal PeLED-tv’s kopen? Die kans is ineens een stuk groter geworden.
