Ученые научились «печатать» пиксели для экранов из квантовых точек

Как пишет издание Nature Electronics, группа исследователей из Кембриджского университета и других научных центров разработала новый способ печати квантовых точек для дисплеев. Метод позволяет с высокой точностью укладывать миллионы крошечных пикселей на подложку, что раньше было главным препятствием на пути к массовому производству таких экранов.

Зачем нужны квантовые точки

Большинство современных экранов работает на светодиодах — маленьких полупроводниковых элементах, которые светятся при прохождении через них тока. В последние годы инженеры все активнее экспериментируют со светодиодами на основе квантовых точек. Это полупроводниковые кристаллы настолько крохотного размера, что электроны внутри них оказываются как бы «зажаты» в тесном пространстве, из-за чего у материала появляются необычные оптические свойства.

Такие светодиоды, известные как QLED, дают более яркую и насыщенную картинку и работают стабильнее обычных аналогов. Проблема в другом: чтобы собрать из них большой экран высокого разрешения, нужно расположить миллионы точек-пикселей строго по своим местам на подложке. Именно с этой задачей до сих пор было трудно справиться.

Как работает новая технология

Разработчики назвали свой метод трансферной печатью с использованием растрескивания. Суть в следующем: сначала квантовые точки наносят на поверхность тонким сплошным слоем. Частицы в этом слое прочно слипаются друг с другом за счет сил притяжения между соседними частицами — так называемых когезионных связей.

Дальше в этом слое специально создают контролируемые трещины. Они разрывают связи между соседними точками именно там, где нужно, и материал распадается на аккуратные пиксельные фрагменты нужной формы. После этого сформированные пиксели снимают с исходной поверхности и переносят на электронную подложку — так называемый тонкопленочный транзисторный слой, который управляет работой каждого отдельного пикселя.

«Технология использует контролируемый процесс растрескивания для разрушения межчастичных когезионных связей между квантовыми точками», — поясняют авторы работы Чон-Ван Джо, Юнву Ким и их коллеги.

По их словам, это упрощает последующий захват пикселей и их точный перенос на подложку. В результате удается получать пиксели размером до 600 нанометров с равномерным распределением по площади до 10 сантиметров.

Что получилось на практике

Ученые не просто описали метод теоретически — они собрали рабочие образцы. Команда изготовила полноцветный дисплей с активной матрицей и разрешением 341 пиксель на дюйм, причем обошлась без кадмия — токсичного тяжелого металла, который до сих пор входит в состав некоторых квантовых точек. Отдельно исследователи сделали синий дисплей с гибкой конструкцией.

По словам авторов, предложенная технология печати способна не только точно расставлять пиксели, но и улучшать саму работу светодиодов — они получаются ярче и служат дольше, чем при использовании других методов формирования рисунка из квантовых точек. Дело в точном контроле границы между наночастицами и плотной их упаковке на подложке.

Если у ученых все получится, то экраны станут заметно лучше сразу по нескольким параметрам:

• во-первых, ярче и сочнее: квантовые точки от природы дают более чистые и насыщенные цвета, чем обычные светодиоды.
• во-вторых, дольше проживут — авторы прямо говорят, что их метод позволяет получить светодиоды с более высоким максимальным сроком службы, потому что пиксели укладываются точнее и без лишних дефектов на стыках.
• в-третьих, такие экраны безопаснее для здоровья и экологии: команда обошлась без кадмия, ядовитого металла, который раньше был почти неизбежным спутником квантовых точек