OLED-пікселі тепер можна друкувати напряму: до чого тут електролюмінесцентні фоторезистори
Вчені з Університету Цюриха у Швейцарії навчили органічний OLED-піксель друкуватися так само, як звичайний мікрочип, без випаровування металевих масок і без ризику розчинити органічний шар агресивною хімією фотолітографії. Мінімальний розмір такого пікселя вже становить 110 нанометрів, а ефективність світловипромінювання досягла 13,3%. Роботу опублікували у журналі Nature.
У чому проблема мультиколірних OLED-мікродисплеїв
- Дослідники пояснюють, чому виробництво кольорових мікродисплеїв зайшло у глухий кут. Неорганічні світлодіоди роблять із напівпровідників III-V групи, а це вимагає дуже високої температури під час виробництва і складного переносу тонких шарів з однієї пластини на іншу.
- Коли піксель стає меншим за 10 мікрометрів, такі світлодіоди починають гірше світити через дефекти на краях структури.
- Органічні матеріали здавались гарним виходом із ситуації, бо їхній світловипромінювальний шар не має чіткої кристалічної структури і його можна наносити при низькій температурі прямо на кремнієві пластини, з яких роблять чипи.
- Проблема в тому, що органіка псується від розчинників і проявників, які використовують у звичайній фотолітографії.
- Тому досі OLED наносили іншими способами: напиленням через маски або струменевим друком. Обидва методи дають гірше зображення і гірше суміщення шарів, ніж фотолітографія.
Підписуйтеся на наші соцмережі
Як влаштовані електролюмінесцентні фоторезистори ELPR
Автори дослідження назвали новий матеріал електролюмінесцентними фоторезисторами, скорочено ELPR. Ідея друкувати OLED звичайною фотолітографією з'явилась ще на початку 2000-х, але тодішні матеріали світили дуже слабко, ефективність була нижче 2%, бо світні частинки розташовувались хаотично і гасили світло одна одної.
Цього разу вчені зібрали молекулу у вигляді зірки з кількома «променями» і одним світним центром (TADF-емітером). Кожен промінь складається з двох частин: внутрішньої, яка утримує енергію біля центра, і зовнішньої, яка твердне під дією ультрафіолету. Завдяки такій будові твердіє тільки зовнішній край молекули, а світний центр залишається неушкодженим.
Після того як рисунок пікселів нанесли ультрафіолетом, нові матеріали показали ефективність світіння 13,3%. За словами дослідників, це великий крок вперед для матеріалів, які наносять напряму фотолітографією. Також команда перевірила, що матеріал витримує три фотолітографічні цикли поспіль під час виготовлення кольорового мікродисплея і не псується.
Якщо замість ультрафіолету використати електронний пучок, найменший розмір елемента вдалося зменшити до 110 нанометрів. Це вже близько до розмірів, які використовують у сучасних кремнієвих чипах.
Навіщо українцям електролюмінесцентні фоторезистори
- Для українських розробників дисплеїв і стартапів у сфері доповненої реальності технологія ELPR — це шанс дешевше робити прототипи мікродисплеїв, без дорогого обладнання для виробництва неорганічних світлодіодів.
- Українські компанії, що працюють з оптичними інтерфейсами чи носимою електронікою, отримують орієнтир для співпраці з виробниками CMOS-чипів ще на етапі розробки нових продуктів.
- Автори дослідження зазначають: зменшення розміру елемента до 110 нанометрів наближає органічні світлодіоди до щільності, яку задає сучасна кремнієва електроніка, а не навпаки, як було раніше з OLED-технологіями.