Nova geração de LEDs pode transformar telas de celulares e TVs

Pesquisadores da Escola de Engenharia da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKUST) criaram os LEDs mais brilhantes e energeticamente eficientes do mundo: o quantum rod LED, ou QRLED. As informações foram divulgadas no site da universidade.

Essa nova geração de LEDs, se aplicada a dispositivos como TVs e celulares, permitirá telas com pureza de cor sem precedentes e uma maior gama de cores. Isso porque os QRLEDs apresentam emissão verde profunda otimizada, posicionada no topo do triângulo de cores.

Com três vezes mais brilho que os modelos anteriores, essas fontes de luz de ponta oferecem visuais ultra nítidos e eficientes em energia, além de melhorar ainda mais o desempenho das cores. Sua vida útil também é mais longa. 

Diodos emissores de luz (LEDs) são amplamente utilizados em produtos eletrônicos há décadas. Avanços recentes em materiais quânticos deram origem aos LEDs de pontos quânticos (QLEDs) e aos QRLEDs. Ambos oferecem larguras de banda de emissão estreitas e alta pureza de cor, superando os LEDs tradicionais. Entre eles, os QRLEDs se destacam por sua maior eficiência de extração de luz. No entanto, sua eficiência ainda poderia ser melhorada — e foi isso que a equipe de pesquisadores da HKUST solucionou.

A equipe publicou um artigo sobre os novos QRLEDs na revista Advanced Materials. Os coautores principais são o pós-doutorando Dr. Maksym Prodanov e o doutorando Kumar Mallem.

Como os QRLEDs se tornaram ainda mais eficientes? 

Um dos desafios que os QRLEDs enfrentam é que sua emissão verde é inferior à dos QLEDs. Isso acontece por alguns motivos: 

• Ineficiência na injeção de carga;  
• Vazamento de elétrons nas interfaces;  
• Barreiras estruturais, como camadas isolantes espessas e ligantes orgânicos longos (moléculas ligadas à superfície do bastonete nanométrico). 
• Essas ligas dificultam o transporte de carga e comprometem a estabilidade. 

Para resolver esses problemas, a equipe liderada pelo Prof. Abhishek K. Srivastava, professor associado do Departamento de Engenharia Eletrônica e de Computação, inovou uma nova classe de bastonetes quânticos emissores de verde, com uma estrutura de liga com gradiente de núcleo personalizada e espessura mínima da camada externa.

Esse design alcança emissão verde profunda altamente brilhante (515–525 nm) no pico do triângulo de cores, maximizando a gama de cores do display. A equipe também desenvolveu bastonetes com morfologia uniforme e suave, além de comprimento reduzido, permitindo o empacotamento denso e sem lacunas dos filmes. Outras inovações incluem ligantes orgânicos mais curtos e uma camada de transporte de lacunas em duas camadas. Esses elementos, em conjunto, melhoram o equilíbrio de carga e suprimem o vazamento de elétrons, aumentando a eficiência e a estabilidade. 

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O diferencial dos LEDs criados pela HKUST 

Desenvolvemos com sucesso QRLEDs emissores de verde notavelmente eficientes e brilhantes ao projetar com precisão a composição, morfologia, forma e estrutura dos ligantes dos bastonetes quânticos, juntamente com a engenharia racional da camada de transporte de lacunas do dispositivo Prof. Srivastava, autor do artigo.  Prof. Srivastava, autor do artigo

Essa invenção alcançou alto desempenho nas seguintes áreas: 

• Eficiência recorde: converte eletricidade em luz de forma mais eficaz do que nunca, com eficiência quântica externa (EQE) de 24%, comparada aos 22% dos modelos anteriores;  

• Brilho incomparável por energia: produz 89 cd A⁻¹ (candelas por ampere), superando todos os QRLEDs existentes;  

• Saída ultrabrilhante: brilha três vezes mais que os LEDs verdes antigos, atingindo luminância de pico superior a 500.000 cd m⁻²;  

• Salto em longevidade: estabilidade operacional superior a 22.000 horas, posicionando a tecnologia para aplicações comerciais em displays. 

Os membros da equipe de pesquisa são do Laboratório Estatal de Displays e Optoeletrônica, do Centro de Pesquisa em Displays e do Departamento de Engenharia Eletrônica e de Computação da HKUST. 

Nosso trabalho demonstra que o controle meticuloso sobre a composição dos nanobastonetes e a engenharia das interfaces pode levar a avanços disruptivos no desempenho optoeletrônico. Isso abre caminho para displays de alta resolução e eficiência energética, com brilho e longevidade sem precedentes. Prof. Srivastava