As lâmpadas vêm em diversas formas—esféricas, espirais, com pontas semelhantes a velas e tubos longos—mas poucas são realmente finas. Agora, cientistas que publicaram na ACS Applied Materials & Interfaces projetaram um LED tão delgado que é quase tão fino quanto papel, mas que emite um brilho aconchegante e semelhante ao do sol. Este novo design pode iluminar o futuro das telas de celulares e computadores, assim como outras aplicações de iluminação, tudo isso enquanto minimiza a perturbação do sono causada pela luz artificial intensa.
“Este trabalho demonstra a viabilidade de LEDs em pontos quânticos ultra-finos e de grande área que se aproximam do espectro solar”, diz Xianghua Wang, um dos autores responsáveis pelo estudo. “Esses dispositivos poderiam possibilitar displays amigáveis aos olhos de próxima geração, iluminação interna adaptativa e até mesmo fontes sintonizáveis de comprimento de onda para horticultura ou aplicações de bem-estar.”
Muitas pessoas preferem uma iluminação interna que seja natural e agradável. Abordagens anteriores alcançaram esse efeito com LEDs flexíveis que usavam corantes fosforescentes vermelhos e amarelos para criar um calor semelhante ao de velas. Uma alternativa mais recente se baseia em pontos quânticos—pequenas partículas semicondutoras que transformam energia elétrica em luz colorida. Algumas equipes de pesquisa já utilizaram pontos quânticos para criar LEDs brancos, mas replicar o espectro completo da luz solar tem sido um desafio, especialmente nas regiões amarela e verde, onde a luz solar é mais forte. Para abordar esse desafio, Lei Chen e seus colegas desenvolveram pontos quânticos capazes de recriar aquele brilho equilibrado e semelhante ao do sol em um LED quântico branco (QLED) fino. Enquanto isso, o grupo de Wang propôs um design de material condutor eficiente que pode operar efetivamente em voltagens relativamente baixas.
A equipe começou sintetizando pontos quânticos vermelhos, amarelo-verdes e azuis revestidos com camadas de sulfeto de zinco. Eles determinaram a proporção de cores precisa necessária para corresponder o mais próximo possível ao espectro da luz solar natural. Em seguida, montaram o QLED sobre um substrato de vidro de óxido de índio-estanho, empilhando polímeros condutores, a mistura de pontos quânticos, partículas de óxido metálico e, finalmente, uma camada superior de alumínio ou prata. A camada de pontos quânticos tinha apenas algumas dezenas de nanômetros de espessura—muito mais fina do que as camadas de conversão de cor padrão—resultando em um QLED branco com um perfil geral comparável ao de papel de parede.
Em testes iniciais, o QLED fino teve o melhor desempenho sob uma fonte de alimentação de 11,5 volts (V), emitindo a luz branca cálida e brilhante máxima. A luz emitida apresentou maior intensidade em comprimentos de onda vermelhos e menor intensidade em comprimentos de onda azuis, o que é melhor para a saúde ocular e do sono, segundo os pesquisadores. Objetos iluminados pelo QLED devem parecer próximos de suas verdadeiras cores, obtendo mais de 92% no índice de reprodução de cores.
Em novos experimentos, os pesquisadores fabricaram 26 dispositivos brancos QLED, utilizando os mesmos pontos quânticos, mas diferentes materiais condutores elétricos para otimizar a voltagem de operação. Essas fontes de luz exigiram apenas 8 V para alcançar a máxima saída de luz, e cerca de 80% superaram o brilho alvo para monitores de computador.
Os autores reconhecem o financiamento da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, da Fundação de Ciências Naturais da Província de Anhui e do Projeto Especial de Ciência e Tecnologia da Cidade de Zhongshan.