Onderzoekers uit de Verenigde Staten en Zuid-Korea hebben gerapporteerd over een mogelijk baanbrekende technologische vooruitgang: een nieuw type nano-led dat zowel licht kan uitstralen als licht kan detecteren. De onderzoekers verwachten dat door de komst van deze ‘dual-mode’-leds nieuwe soorten actieve displays mogelijk worden gemaakt. 

De lichtgevoelige ‘double-heterojunction nanorod (DHNR)’-leds zijn ongeveer 50 nm lang en hebben een diameter van 6 nm. Ze bevatten twee verschillende soorten kwantumdots. Het ene type bevordert stralingsrecombinatie (nuttig voor leds) terwijl het andere type zorgt voor efficiënte scheiding van foto-gegenereerde ladingsdragers.

De gelaagde structuur in deze anisotropische nanobuisjes kan onafhankelijk worden aangepast, zodat in één enkel nanobuisje de recombinatie en de ladingsscheiding allebei nauwkeurig kunnen worden ingesteld, waardoor het buisje zowel een elektroluminiscerende als een fotovoltaïsche werking heeft. Als ze netjes tussen elektroden zijn ingeklemd, kunnen de nanobuisjes in pixels worden gegroepeerd die met een positieve of negatieve voedingsspanning kunnen worden omgeschakeld tussen de licht-uitstralende en licht-detecterende modus. 

De ‘ledetector’ (naam door de auteur bedacht) heeft een inschakelspanning van slechts 1,7 V en kan gigantische helderheidsniveau’s van meer dan 80.000 cd/m2 bereiken. Bij een voor displays relevante helderheid gebruikt de ledetector weinig stroom en heeft deze een hoog rendement. Het onderzoeksteam spreekt over een extern kwantumrendement van 0,8% bij 1.000 cd/m2 en een spanning van 2,5 V. 

Bij een van de experimenten werd een DHNR-ledmatrix van 10×10 pixels (met negatieve voedingsspanning) als fotodetector gebruikt, in combinatie met een schakeling die een positieve spanning leverde aan elk pixel dat opvallend licht detecteerde. Door de negatieve en positieve voedingsspanning binnen minder dan een milliseconde om te schakelen konden licht-detecterende pixels worden ‘uitgelezen’ terwijl ze de matrix verlichtten.

Mogelijke toepassingen:
  • Vertalen van gedetecteerde signalen naar helderheidsaanpassingen;
  • Automatische helderheidscorrectie als reactie op veranderingen in de omgevingsverlichting;
  • Direct scannen en weergeven op schermniveau;
  • display-naar-display datacommunicatie;
  • Displays die energie ‘oogsten’ uit omgevingslicht zonder dat er aparte zonnecellen in moeten worden aangebracht.

Het feit dat er met co-auteurs van Dow Chemical patentaanvragen voor deze technologie zijn ingediend, toont aan dat er commerciële belangstelling voor is.
 
De onderzoeksresultaten zijn in Science gepubliceerd, onder de titel "Double-heterojunction nanorod light-responsive LEDs for display applications"