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). 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)

    PS: LeoMat подсказал, что Apple подало 3 патента на QLED дисплеи в самом конце 2013 года.



    Полный список опубликованных статей This is Science на GeekTimes:
    This is Science: Простая и дешёвая солнечная энергетика
    This is Science: Графен – жизнь или смерть?
    This is Science: Вдувай и получай электроэнергию
    This is Science: Кремниевая электроника: согни меня полностью!
    This is Science: Эластичный дисплей на квантовых точках
    This is Science: Поставить трибоэлектричество на службу человечеству
    This is Science: 3D оптическая печать переезжает на микроуровень
    This is Science: Что внутри нейроморфного чипа?
    This is Science: Новости с графеновых полей
    This is Science: 3D электронная литография в массы
    This is Science: Разряд щелочных батареек или почему батарейка подпрыгивает
    This is Science: микропушки и наноядра
    This is Science: носимая электроника и трибоэлектричество. Часть 1
    This is Science: носимая электроника и трибоэлектричество. Часть 2


    Иногда кратко, а иногда не очень о новостях науки и технологий можно почитать на моём Телеграм-канале — милости просим;)

    Only registered users can participate in poll. Log in, please.

    Когда появятся полноценные QLED-дисплеи?

    • 2.0%В течение года17
    • 15.6%1-2 года136
    • 42.9%3-5 лет374
    • 6.9%Не появятся никогда, потому что не смогут конкурировать с современными дисплеями60
    • 32.7%Я — пчолы285
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 11

      +1
      И да, отвечая на вопрос в соседней статье, хотел бы разочаровать автора SquareIronBox, так как, скорее всего, когерентный дисплей на квнатовых точках вряд ли удастся сконструировать. Я бы переформулировал вопрос так: как эту когерентность получиться, когда время жизни возбуждённого состояния — некоторая гаусова кривая?!
        +1
        Принципиального ограничения нет — необходимо создать инверсию населенности уровней аналогично любому лазерному материалу. Полупроводниковые лазеры на квантовых точках уже созданы. Правда получают их ростом Странски-Крастанова за счет самоорганизованного роста квантовых точек, когда один слой находится в механически напряженном состоянии относительно другого в силу рассогласования решеток, например, тонкий эпитаксиальный слой InAs на подложке GaAs. То есть это принципиально твердотельная технология, что ограничивает возможности ее прямой интеграции (то же самое рассогласование решеток будет иметь негативный эффект, когда мы попытаемся согласовать ту же структуру с монокристаллическим кремнием).

        Поэтому особенный интерес представляет создание лазеров на основе коллоидных квантовых точек, которые синтезируются в растворе и исходно не привязаны к подложке.
          0
          Подумал ещё немного…
          Да, согласен, лазер создать можно, но что делать с дисплеем площадью с 13-15" монитор?
          Как на нём создать накачку квантовых точек? Это раз. А два обычный лазер потребляет КВт, а производит, ну скажем, милиВт, для дисплеев трудно реализуемо, разве не так?
            +1
            Мы же говорим о принципиальной возможности — в терминах «а что, если бы...». Если представить такой экран как матрицу лазерных фотодиодов, в которых инверсия населенностей создана за счет инжекции носителей заряда в p-n-переход (который также можно создать на основе квантовых точек с различным энергетическими уровнями, например ZnO-PbS), то основная проблема мне видится в создании локального резонатора в таких наномасштабах. Это уводит нас в такую область как плазмоника — в частности по этой тематике появились работы по созданию лазеров на основе двух наночастиц «квантовая точка + металлическая плазмонная наночастица» под названием SPASER (surface plasmon amplification… и дальше как у лазера).
        +7
        Занимаюсь разработками, связанными с коллоидными квантовыми точками, на кафедре микро- и наноэлектроники в ЛЭТИ. Если интересно, могу ответить на интересующие вопросы. В настоящий момент работаем с медиками (квантовые точки по ряду свойств являются интересной заменой органическим флуорофорам), но существенная часть интересов лежит в вопросах гибкой электроники.

        В статье имеется некоторая неточность, касающаяся структуры самой квантовой точки — в качестве оболочки используются обычно не полимеры, а органические молекулы, фактически поверхностно-активные вещества. Но и они обычно для электронных применений оказываются длинны — проблема заключается в том, что большинство полимеров и органических молекул плохо проводят ток, поэтому светоизлучающие устройства требуют использования либо проводящих полимерной матрицы (из таких полимеров, как тиофены), либо очень короткоцепочечных лигандов (буквально один атом галогена — иода, хлора или брома).

          +3
          Касательно вопроса в конце поста могу привести пример, что Apple в феврале этого года оформила 3 заявки на патенты частей устройств с использованием коллоидных квантовых точек.
            0
            Кстати, спасибо за наводку, не знал, сейчас добавлю.
            0
            А в статье про сами квантовые точки ничего не сказано, полимеры — это основа той самой гибкой электроники, подложка, или TCTA, как правильно было замечено, представляет собой проводяoe. полимерную матрицу.
            В оригинальной работе, конечно, квантовые точки синтезировались со стандартной три-н-октилфосфиновой шубе.
              +1
              Кстати, одна из основных текущих тенденций — уход от триоктилфосфина (TOP) и его оксида (TOPO). Дело в том, что на них получились первые приличные результаты с хорошим внутренним квантовым выходом — до 95% — при покрытии квантовой точки как в примере из поста оболочками широкозонных полупроводников (которые уменьшают процессы захвата носителей заряда поверхностными ловушками). Однако впоследствии от них стали отказываться в силу их высокой токсичности и нестабильности на воздухе.

              Мы, в частности, используем олеиновую кислоту.
                0
                Если мне память не изменяет, то там смешанные лиганды, да и сам синтез в олеиновой кислоте проводится, TOP ещё как и «носитель» серы/селена/телура может выступать, или я не прав?!
                  +1
                  Да, часто применяют смешанные лиганды, так как у них различное сродство к разным граням (грубо говоря, чистая грань селена и кадмия или «смешанная»). Собственно источником халькогена при использовании TOP-TOPO-подхода служит TOP-S, TOP-Se, TOP-Te, одновременно он же, выступает и как растворитель. Но мы, как и многие, практически полностью отказались от TOP — в качестве растворителя используем октадецен, позволяющий растворять элементарные серу или селен (сера при комнатной температуре растворяется, селен — при небольшом нагреве), а в качестве стабилизатора — олеиновую кислоту в одиночку или с каким-либо амином. Результаты по качеству получаются аналогичными.

                  Такое решение является относительно новым, и в коммерчески выпускаемых квантовых точках в основном в качестве лиганда до сих пор используются фосфины, как отработанная технология. Но в тех же вододиспергируемых КТ их использовать невозможно, так как частицы, покрытые TOP-TOPO диспергируются только в органике. Соответственно надо менять лиганды на молекулы другого типа с другими конечными группами, «смотрящими» в растворитель.

          Only users with full accounts can post comments. Log in, please.