Управляемые микротрещины помогли создать сверхмалые пиксели из квантовых точек

Исследователи разработали новый способ изготовления дисплеев на основе квантовых точек, позволяющий формировать пиксели размером всего 600 нанометров. Необычная технология использует контролируемое растрескивание тонкого слоя материала, благодаря чему квантовые точки можно точно разделять на заданные фрагменты, а затем переносить на электронную подложку.

Разработка специалистов Кембриджского университета и других научных учреждений представлена в журнале Nature Electronics. По мнению авторов, предложенный процесс может приблизить массовое производство ярких, четких и долговечных QLED-дисплеев с высокой плотностью пикселей. Современные экраны часто используют светодиоды — полупроводниковые компоненты, излучающие свет при прохождении электрического тока. Одним из перспективных направлений дальнейшего развития этой технологии стали светодиоды на основе квантовых точек. Квантовые точки представляют собой чрезвычайно маленькие полупроводниковые кристаллы.

Из-за своих размеров и особенностей поведения электронов они обладают необычными оптическими свойствами. Размер и состав таких частиц позволяют точно управлять цветом излучения, благодаря чему экраны могут воспроизводить яркие и насыщенные оттенки. Однако создание полноценных QLED-дисплеев высокого разрешения связано с серьезными производственными трудностями. Для этого необходимо разместить на большой площади миллионы микроскопических красных, зеленых и синих пикселей.

Каждый из них должен находиться в строго определенном месте, иметь одинаковую структуру и не загрязнять соседние цветовые элементы. Существующие способы формирования пикселей не всегда позволяют одновременно добиться высокой точности, однородности и возможности масштабирования производства. Кроме того, во время нанесения разных материалов может происходить смешивание цветов или повреждение уже сформированных слоев. Для решения этой проблемы исследователи предложили метод трансферной печати с использованием контролируемого растрескивания. На первом этапе коллоидные квантовые точки, находящиеся в жидкой среде, наносятся на поверхность и образуют тонкую пленку.

После высыхания соседние частицы удерживаются вместе силами межчастичного сцепления. Затем ученые намеренно создают в пленке микротрещины в заранее определенных местах. Они разрывают связи между группами квантовых точек, разделяя сплошной слой на элементы нужного размера и формы. Полученные фрагменты захватываются и с высокой точностью переносятся на подложку с тонкопленочными транзисторами, управляющими работой отдельных пикселей. Таким образом, растрескивание, которое обычно считается нежелательным дефектом при производстве электроники, превращается в полезный и управляемый инструмент.

Оно позволяет аккуратно отделять микроскопические участки материала, не разрушая структуру самих квантовых точек. В ходе экспериментов исследователи получили электролюминесцентные пиксели размером до 600 нанометров. Для сравнения, один нанометр равен одной миллионной части миллиметра. Ученым также удалось обеспечить равномерное формирование пикселей на поверхности размером до четырех дюймов, или приблизительно 10 сантиметров. С помощью новой технологии команда изготовила полноцветный активноматричный дисплей с плотностью 341 пиксель на дюйм.

При этом в составе использованных квантовых точек отсутствовал кадмий — токсичный тяжелый металл, применяемый в некоторых подобных материалах для получения определенных характеристик излучения. Отказ от кадмия особенно важен для будущего коммерческого использования технологии. Электронная промышленность стремится уменьшать количество опасных веществ в устройствах как из-за экологических требований, так и ради повышения безопасности производства и последующей утилизации оборудования. Кроме того, исследователи продемонстрировали синий активноматричный дисплей на гибкой основе.

Это показывает, что предложенный метод может применяться не только при создании обычных жестких экранов, но и в производстве гибких или потенциально складывающихся устройств. По словам разработчиков, технология способна улучшить не только точность расположения пикселей, но и их рабочие характеристики. Контроль границ между отдельными слоями и высокая плотность упаковки квантовых точек позволили добиться большей максимальной яркости и увеличить срок службы светодиодов по сравнению с некоторыми другими способами формирования рисунка. Пока технология остается экспериментальной.

Исследователям предстоит проверить, насколько стабильно она работает при дальнейшем увеличении площади экранов, повышении производительности оборудования и выпуске большого количества одинаковых панелей. Необходимо также оценить стоимость процесса и его совместимость с существующими промышленными линиями. Тем не менее первые результаты показывают, что контролируемое растрескивание может стать перспективным способом изготовления QLED-дисплеев следующего поколения. В будущем подобные экраны смогут сочетать высокое разрешение, точную цветопередачу, повышенную яркость, продолжительный срок службы и гибкую конструкцию.

• Новый катализатор позволит сократить расход платины в водородных топливных элементах на 75%
• Сверхбыстрые рентгеновские импульсы позволили увидеть химические реакции на уровне отдельных атомов
• Квантовый сенсор поможет искать темную материю
• Смартфоны родителей могут тревожить подростков
• Смартфон сможет измерять пульс при разблокировке: новая технология открывает путь к массовому мониторингу здоровья
• Искривлённый графен показал скрытый «переключатель» сверхпроводимости
• Роботы-гуманоиды идут в школу: в Китае готовят машины к реальной жизни
• Популярные чат-боты ИИ имеют тревожную уязвимость в шифровании — это означает, что хакеры могли легко перехватывать сообщения