Публикации: Оптика и электроника (рубрикатор)

В микроэлектронике наметился заметный перекос или, если угодно, тренд в сторону различных гибких решений, не требующих подложек, выполненных из стекла или кремния. Вот и дисплеи не стали исключением, даже такие экзотические, как дисплеи на квантовых точках.



Итак, что же это за чудный объект такой, квантовая точка? Если мы возьмём кусочек полупроводника (кремния или сульфида кадмия, например) и начнём его дробить в темноте под фиолетовой лампой, то в какой-то момент мы увидим люминесценцию. При этом, чем меньше будет размер частиц полупроводника или квантовой точки, тем короче длину волны люминесценции мы сможем наблюдать (сдвиг в синюю область спектра). Объясняется сие явление увеличением ширины запрещённой зоны полупроводника с уменьшением размера наночастицы. Аналогичное явление будет наблюдаться, если мы подключим квантовую точку к батарейке, и называется оно электролюминесценция. Подсветка Ваших часов скорее всего работает на данном эффекте.


Запрещённая зона полупроводника или диаметр наночастицы и цвет раствора наночастиц ядро-оболочка, а также спектр материалов для изготовления квантовых точек с заданными оптическими свойствами. Источник

Таким образом, чтобы получить красный, зелёный или синий цвета нам нет необходимости разрабатывать новые материалы и технологии их нанесения, как, например, было с OLED-дисплеями. Вместо этого, мы можем синтезировать 3 разных раствора и просто смешать их, чтобы получить заданный цвет или же использовать по отдельности для создания пикселей дисплея. Соответственно, учёные с самого открытия квантовых точек на заре 90-х годов стали задумываться об использовании их в дисплеях, особенно, после удачного внедрения LCD матриц.

Однако осуществить задуманное оказалось не так просто, и вплоть до начала нулевых реального прототипа работающих пикселей или целого дисплея попросту не существовало. Буквально пару лет назад в 2011 году компания Samsung, заинтересовавшись новыми типами дисплеев, провела ряд изысканий, что позволило создать полноценный QLED (quantum dots light emitting diode) дисплей.

В свежей работе, опубликованной в журнале ACSNano, группа учёных из Сингапура и Турции представила концепцию очень гибкого дисплея на квантовых точках, который – кто знает – может быть, через пару лет будет анонсирован вместе с новым Samsung 7, например.

Основные проблемы создания таких дисплеев: ограниченный круг подходящих материалов и плохая механическая устойчивость к перегибам и скручиванию. Однако, использование полиимида, каптона, позволяет решить часть проблем, оптимизировать процесс и получить на выходе довольно большие (квадратные миллиметры) QLED с яркостью 20 000 кд/м², что на сегодняшний день является рекордом в области гибких диодов на квантовых точках.


(a) Схема разработанного QLED (слои сверху вниз: полимерная плёнка из Каптона/Al/ZnO наночастицы/CdSe-CdS-ZnS квантовые точки/полимер TCTA/MoO₃/Ag), (b) AFM-изображение полученной плёнки, (с) диаграмма электронных уровней и (d) работающий QLED

Механические свойства полученного устройства настолько хороши, что его можно использовать как стикер, приклеивая и отклеивая по нескольку раз, а также изгибая во всевозможных направлениях (яркость в относительных единицах падает не значительно, не более 5%). Что касается оптических характеристик, то изготовленные диоды выдержали тест, продемонстрировав максимальную яркость в 20 000 кд/м² при внешней квантовой эффективности в 4%.


(a) Нормализованные спектры электролюминесценции для изготовленных диодов, (b) охват спектра RGB в CIE координатах (для сравнения приведён аналогичный охват для стандарта HDTV), (с) яркость и (d) внешний квантовый выход диодов

И в заключение для примера приведу демонстрацию работы диодов в реальных, так сказать, полевых условиях:


Демонстрация работы QLED на плоских (a-d) и изогнутых поверхностях (e-f)

Оригинальная статья в ACSNano (DOI: 10.1021/nn502588k)