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Diese Zweiwege-LEDs können Licht ernten und Handgesten erkennen

Diese Zweiwege-LEDs können Licht ernten und Handgesten erkennen


Das Kombinieren mehrerer Produkte zu einem kann eine Menge Platz sparen. Jetzt entwickeln Forscher neue Zwei-Wege-LEDs, die mit berührungslosen Gesten gesteuert und aufgeladen werden können Umgebungslicht.

Die neuen Bildschirme können Licht erfassen, Licht emittieren und Energie sammeln alles in einem. Das Gerät basiert auf einer neu aufkommenden Technologie, Zweiwege-LEDs. In Kürze können Digitalanzeigen aufgeladen werden und direkt auf Sie zurückblicken gleichzeitig.

LEDs mit Quantenpunkten versorgen

Die Zweiwege-LEDs basieren auf einer älteren Technologie: Quantenpunkte. Obwohl sie eine Variante von ihnen sind, funktionieren sie nach dem gleichen Prinzip, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass sie funktionieren können umkehren.

Quantenpunkte haben ihren Namen, weil sie im Wesentlichen nur eine unglaublich kleine Gruppe von Atomen sind, die in einem Punkt konzentriert sind, der so klein ist, dass sie praktisch sindnulldimensional.

Die Funktion eines Quantenpunktes ist bemerkenswert einfach. Es funktioniert nach den gleichen Prinzipien eines einzelnen Atoms: Erregen Sie ein Elektron und lassen Sie es auf ein Energieniveau springen. Wenn es herunterfällt, stößt es ein Photon aus.

Quantenpunkte beruhen in ähnlicher Weise auf quantisierten Energieniveaus. Genau wie einzelne Atome kann Energie verwendet werden, um ein Elektron anzuregen und die Emission eines Photons zu erzwingen. Im Gegensatz zu singulären Atomen bestehen Quantenpunkte jedoch aus einigen hundert bis einigen tausend Atomen. Obwohl sie praktisch denselben Raum teilen, funktionieren sie identisch mit einem singulären Atom.

Ein Vorteil bei Quantenpunkten besteht jedoch darin, dass sich die Farbe des emittierten Lichts je nach Größe des Punkts ändern kann. Größere Punkte erzeugen längere Wellenlängen wie Rot und Infrarot. Kleinere Quantenpunkte erzeugen kürzere Wellenlängen, die Farben wie Blau und Violett erzeugen. Durch Anordnen mehrerer Punktgrößen auf einem Bildschirm kann das gesamte sichtbare Farbspektrum erzeugt werden. Bisherige Quantenpunkte konnten jedoch nur Licht emittieren. Jetzt haben Wissenschaftler ein neues System entwickelt, das auch Licht ernten und Handgesten erkennen kann.

[Bildquelle: Wissenschaft AAASüber YouTube]

Wie die Zweiwege-LEDs funktionieren

Die LEDs arbeiten mitQuantenpunkte. Bisher konnten Quantenpunkte nur Licht emittieren. Um sie zu Zweiwege-LEDs zu machen, werden die Punkte am Ende eines Nanostabes angebracht, der direkt verbunden ist zweiHalbleitermaterialien. Ein Halbleiter ermöglicht den Fluss positiver Ladung, während der andere den Fluss von Elektronen ermöglicht. Mit dem hinzugefügten Halbleiter kann die LED einem Photon Energie entziehen und ein Elektron ausstoßen, wodurch der Effekt umgekehrt wird.

"Die Art und Weise, wie es auf Licht reagiert, ist wie eine Solarzelle. So können wir nicht nur die Interaktion zwischen Benutzern und Geräten oder Displays verbessern, sondern jetzt auch die Displays verwenden, um Licht zu ernten."

Sagt Moonsub Shim, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der U. of I. und Leiter der Studie.

"Stellen Sie sich also vor, Ihr Handy sitzt nur da und sammelt das Umgebungslicht und lädt es auf. Dies ist eine Möglichkeit, ohne separate Solarzellen integrieren zu müssen. Wir müssen noch viel entwickeln, bevor ein Display vollständig mit Strom versorgt werden kann, aber wir glauben, dass wir dies tun." kann die Power-Harvesting-Eigenschaften verbessern, ohne die LED-Leistung zu beeinträchtigen, sodass ein erheblicher Teil der Leistung des Displays vom Array selbst kommt. "

Das Papier wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichtWissenschaft.

Licht emittieren, erkennen und absorbieren

Im Gegensatz zu früheren Quantenpunkten können die neuen LEDs den Prozess der Lichtemission mit einem Schalter umkehren. Abhängig von der Richtung, in die die Spannung fließt, können die Quantenpunkte dazu gebracht werden, Licht zu sammeln oder zu emittieren.

Bei der Emission von Licht sammeln die Nanostäbe Elektronen, während eine Hülle um den Quantenpunkt eine positive Ladung sammelt. Von dort wandert das Elektron in den Quantenpunkt, wo es die Elektronen des Atoms in eine instabilere Umlaufbahn anregt. Bald fällt das Elektron auf ein stabileres Energieniveau zurück. Dabei wird ein Lichtphoton freigesetzt. Durch Umschalten der Spannung wird der Vorgang umgekehrt.

Wenn die Spannung schneller flackert, als das Auge erkennen kann, kann das Gerät zwischen Erkennungs- und Lademodus in den Anzeigemodus wechseln, ohne dass der Benutzer dies jemals erkennt.

"Diese LEDs sind der Anfang, um Displays zu ermöglichen, etwas völlig anderes zu tun. Sie gehen weit über die reine Anzeige von Informationen hinaus und sind viel interaktivere Geräte", sagt Shim. "Dies kann die Grundlage für neue und interessante Designs für viele elektronische Geräte werden."

Die Zukunft der Zweiwege-LEDs

Die Anwendungen der Zwei-Wege-LEDs passen genau in die Richtung, in die sich die Menschheit bewegt. Durch die Weiterentwicklung der Technologie kann der Bildschirm ohne Kamera angezeigt werden. Während die Technologie für Benutzerinteraktionsanwendungen verwendet werden könnte, können viel größere Verwendungen erzielt werden. In erster Linie, damit der Bildschirm drahtlos kommunizieren kann.

Das einfache Erkennen von Lichtschwankungen reicht aus, um ein System zu entwickeln, das auf Li-Fi basiert. Ein System, das Daten hunderte Male schneller übertragen kann als WiFi. Da der gesamte Bildschirm als Antenne fungieren würde, könnten mehr Daten schneller als je zuvor gesendet und empfangen werden.

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Geschrieben von Maverick Baker


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