This is Science: Эластичный дисплей на квантовых точках

В микроэлектронике наметился заметный перекос или, если угодно, тренд в сторону различных гибких решений, не требующих подложек, выполненных из стекла или кремния (например, гибкая электроника на основе поликремния ^[1]). Вот и дисплеи не стали исключением ^[2], 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 ^[3], тем короче длину волны люминесценции мы сможем наблюдать (сдвиг в синюю область спектра). Объясняется сие явление увеличением ширины запрещённой зоны ^[4] полупроводника с уменьшением размера наночастицы. Аналогичное явление будет наблюдаться, если мы подключим квантовую точку к батарейке, и называется оно электролюминесценция ^[5]. 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 ^[6]

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 ^[7]) дисплей.

В свежей работе ^[8], опубликованной в журнале ACSNano ^[9], 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 ^[10], 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) ^[8]

Автор: Tiberius

Источник ^[11]