Светодиод, меняющий цвет

Ученые создали первый светодиод, который может изменять свой цвет.

Для производства дисплеев следующего поколения необходимы светодиоды, способные изменять свой цвет под управлением электрических сигналов. Несмотря на очевидную полезность такого устройства, ученые давно не могут найти решение данной проблемы. Недавняя публикация в журнале Nature Communications принесла хорошие новости, в этом направлении наметился положительный сдвиг, а помог разработчикам чудо-материал нового века под названием графен. Революция в технологии производства дисплеев все-таки неизбежна.

Светоизлучающие диоды уже давно стали стандартным и весьма популярным компонентом современной полупроводниковой техники. Они сделали возможным, среди прочего, развитие высокоэффективных средств связи, производство недорогих и экономичных систем освещения, интеллектуальных дисплеев. Как правило, они излучают свет одного цвета, который предопределен во время их изготовления в зависимости от используемых материалов. Это относительно неэффективная система, так как создание изделия каждого цветового оттенка требует отдельной технологии и собственной производственной линии. По этой причине ученые уже давно занимаются поиском путей для создания цветонастраиваемого светодиода. Но пока исследователям не удавалось сделать светодиод, способный переключать режим свечения хотя бы между двумя цветами. Поэтому известие о создании нового светодиода на основе графена, изменяющего цвет, излучая почти весь видимый спектр от фиолетового до красного, не могло остаться незамеченным.

Так как же ученые смогли добиться своей цели? Ключевая идея состояла в признании того, что ни одна форма графена не обладает требуемыми свойствами, необходимо использовать комбинацию двух форм. На самом деле, ни одна из форм графена не излучает никакого света вообще. Поэтому в качестве двух базовых форм были выбраны оксид графена и восстановленный оксид графена. Ни одна из этих форм не излучает свет самостоятельно, но благодаря противоположности их свойств (оксид графена обладает слишком большим пропуском энергии, а восстановленный оксид графена - нулевой энергетической щелью), их "союз" помог в решении проблемы. Когда два материала объединяются вместе, на границе образуется область энергетической щели произвольного промежуточного размера, которая позволяет излучать волны света различной длины. Естественно, следующим шагом является понимание коммерческого потенциала этого изобретения. Авторы исследования пока осторожны в своих выводах, они отмечают, что публикация об открытии представляет собой лишь признак первого прорыва в этом направлении и необходимы дальнейшие исследования, чтобы оптимизировать конструкцию. Остаются два основных препятствия, которые необходимо преодолеть, чтобы создать жизнеспособный, коммерческий вариант продукта. Во-первых, пока созданные учеными прототипы показывают относительно низкую эффективность - требуется слишком много электроэнергии, чтобы генерировать необходимое количество света. Во-вторых, они имеют очень короткий срок службы из-за нестабильности материала в воздухе. Обе проблемы уже решаются исследователями, однако им предстоит еще много работы. Кстати, на начальном этапе создания одноцветных светодиодов были обнаружены аналогичные недостатки и проблемы, но они были успешно преодолены.
Несмотря на определенные трудности, преимущества и коммерческий потенциал светодиодов из графена с настраиваемым цветом свечения обещают солидную компенсацию всех усилий и затрат на их разработку. Наряду со способностью смещать цветовой диапазон, эти светодиоды тонкие, гибкие, яркие, сделаны из относительно недорогих материалов. Они "позволят реализовать новейшие технологии гибких дисплеев, которые охватят весь видимый спектр", — говорит профессор Тянь-Линг Рен из университета Цинхуа в Пекине, ведущий автор исследования. Ученый также предполагает, что дальнейшая разработка от опытного образца до коммерческой версии продукта может занять всего несколько лет, причем в условиях низкой себестоимости и простоты изготовления.