Micron-scale Quantum Dot Light-Emitting Diodes with EQE Exceeding 42%
यह अध्ययन फ्लोरिनेटेड BPAF का उपयोग करके पहले दोहरी-कार्यात्मक आणविक रूप से इंजीनियर किए गए चार्ज जनरेशन लेयर को प्रदर्शित करता है जो ZnO में दोषों को निष्क्रिय करने और ऊर्जा बैंड को नियंत्रित करने के लिए एक साथ कार्य करता है, जिससे ऑल-सोल्यूशन-प्रोसेस्ड टैंडम QLEDs को अगली पीढ़ी के नियर-आई डिस्प्ले के लिए अंतर्निहित दक्षता-रिज़ॉल्यूशन ट्रेड-ऑफ को पार करते हुए 10,160 PPI पर रिकॉर्ड तोड़ 42.82% बाहरी क्वांटम दक्षता प्राप्त करने में सक्षम बनाया जा सके।
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कल्पना कीजिए कि आप रेत के एक अकेले कण पर नन्हे, चमकते प्रकाशपुंजों का एक शहर बनाने की कोशिश कर रहे हैं। यह वर्चुअल रियलिटी (VR) और ऑगमेंटेड रियलिटी (AR) हेडसेट्स के लिए अगली पीढ़ी की स्क्रीन का सपना है। इन हेडसेट्स को वास्तविक महसूस कराने के लिए, स्क्रीनों को अविश्वसनीय रूप से शार्प होना चाहिए, जिसमें एक नाखून से भी छोटे स्थान में लाखों सूक्ष्म पिक्सेल समाहित हों। यहीं पर क्वांटम डॉट लाइट-एमिटिंग डायोड्स (QLEDs) काम आते हैं। क्वांटम डॉट्स को सूक्ष्म बल्बों के रूप में समझें जिन्हें आप जिस भी रंग में चाहें, ट्यून किया जा सकता है। वे इस शो के असली सितारे हैं क्योंकि उन्हें इतने छोटे आकार में सिकोड़ा जा सकता है जो पारंपरिक बल्बों के लिए संभव नहीं है।
हालाँकि, यहाँ एक पेचीदा समस्या है। जब आप इन बल्बों को एक एकल पिक्सेल के आकार तक सिकोड़ देते हैं, तो वह "विद्युत हवा" (electric wind) जो उन्हें चमकाने के लिए ऊर्जा को धकेलती है, अस्त-व्यस्त हो जाती है। यह एक ऐसे बगीचे में पानी देने की कोशिश करने जैसा है जहाँ स्प्रिंकलर एक-दूसरे के इतने करीब हैं कि किनारों पर पानी का दबाव अजीब हो जाता है, जिससे कुछ पौधे मुरझा जाते हैं जबकि अन्य बाढ़ की चपेट में आ जाते हैं। सूक्ष्म स्क्रीनों की दुनिया में, इस "एज इफेक्ट" (edge effect) का अर्थ है कि जैसे-जैसे आप पिक्सेल को छोटा और अधिक शार्प बनाते हैं, स्क्रीन धुंधली और कम कुशल होती जाती है। वैज्ञानिक वर्षों से शार्पनेस और ब्राइटनेस के बीच इस समझौते को ठीक करने की कोशिश कर रहे हैं। वे यह भी जानते हैं कि इन बल्बों की दो परतों को एक के ऊपर एक रखने (एक "टैंडम" डिज़ाइन) से स्क्रीन बहुत अधिक चमकदार हो सकती है, लेकिन उन परतों को जोड़ने वाला गोंद ठीक से काम करने के लिए आमतौर पर बहुत अधिक बिजली की मांग करता है।
यहीं पर फुझोउ विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम एक चतुर समाधान के साथ सामने आती है। वे एक ऐसा "टैंडम" स्क्रीन बनाने में सफल रहे जो अविश्वसनीय रूप से शार्प और अत्यंत चमकदार है, जिसने उन सामान्य नियमों को तोड़ दिया है जो कहते हैं कि आपको एक को चुनने के लिए दूसरे का त्याग करना होगा।
टीम का गुप्त हथियार BPAF नामक एक विशेष अणु था। उनके डिवाइस की परतों को एक सैंडविच के रूप में समझें। दो ब्रेड के स्लाइस (प्रकाश उत्सर्जक परतों) के बीच, एक "चार्ज जनरेशन लेयर" (CGL) नामक चिपचिपा भरावन (filling) है जो एक स्लाइस से दूसरे तक बिजली पहुँचाने में मदद करता है। पुराने डिजाइनों में, यह भरावन थोड़ा खुरदरा था और इसमें छेद थे, जैसे कि बहुत अधिक अंतराल वाला स्पंज, जिससे बिजली का प्रवाह सुचारू रूप से होना कठिन था। शोधकर्ताओं ने जिंक ऑक्साइड (Zinc Oxide) से बनी सैंडविच की निचली परत पर अपने BPAF अणुओं का छिड़काव किया।
BPAF को एक दोहरे उद्देश्य वाले मरम्मत दल (repair crew) के रूप में समझें। पहला, यह एक पैच किट की तरह कार्य करता है, जो जिंक ऑक्साइड की सतह के सूक्ष्म छेदों को भरता है और खुरदरे स्थानों को चिकना करता है। यह बिजली को फंसने या लीक होने से रोकता है। दूसरा, यह एक सौम्य ढलान की तरह कार्य करता है, जो ऊर्जा के परिदृश्य को इस तरह झुकाता है कि इलेक्ट्रॉन एक खड़ी पहाड़ी चढ़ने के बजाय आसानी से नीचे लुढ़क सकें। ये दोनों काम एक साथ करके, BPAF उस "गोंद" वाली परत को बहुत बेहतर तरीके से काम करने में सक्षम बनाता है, जिससे दो प्रकाश परतें बिना अतिरिक्त शक्ति की आवश्यकता के एक साथ काम कर पाती हैं।
परिणाम प्रभावशाली थे। उन्होंने एक ऐसी स्क्रीन बनाई जिसका पिक्सेल घनत्व 10,160 PPI (पिक्सेल प्रति इंच) था, जो इतना अधिक है कि मानवीय आँख व्यक्तिगत पिक्सेल को तब भी नहीं पहचान पाएगी जब आप स्क्रीन को बिल्कुल अपने चेहरे के पास रखें। इस सूक्ष्म स्तर पर, उनके डिवाइस ने 42.82% की दक्षता रेटिंग हासिल की, जो इस प्रकार की स्क्रीन के लिए एक रिकॉर्ड तोड़ संख्या है। इससे भी अधिक आश्चर्यजनक बात यह है कि डिवाइस केवल 2.0 वोल्ट के बहुत कम वोल्टेज पर चमकना शुरू कर सकता है, जिसका अर्थ है कि यह बैटरी को जल्दी खत्म नहीं करेगा।
शोधकर्ताओं ने दिखाया कि इस आणविक "पैच एंड स्लोप" (patch and slope) रणनीति का उपयोग करके, वे उन विद्युत क्षेत्र विचलनों (electric field distortions) को ठीक कर सकते हैं जो आमतौर पर उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली स्क्रीनों को खराब कर देते हैं। उन्होंने केवल यह सुझाव नहीं दिया कि यह काम कर सकता है; उन्होंने डिवाइस बनाए, प्रकाश को मापा और सिद्ध किया कि दक्षता सूक्ष्म स्तर (माइक्रोमीटर स्केल) तक सिकुड़ने पर भी उच्च बनी रहती है। यह कार्य यह स्पष्ट मार्ग सुझाता है कि अगली पीढ़ी के VR और AR चश्मे कैसे बनाए जाएं जो उज्ज्वल, शार्प और बैटरी के अनुकूल हों, जिससे अंततः उन सूक्ष्म स्क्रीनों को बनाने की दीर्घकालिक पहेली सुलझ गई जो अपनी चमक खो देती हैं।
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