Разработана технология «прямой фотолитографии» для дисплеев на квантовых точках сверхвысокого разрешения

Кроме того, они разработали рекомендации по выбору сшивающих агентов, необходимых для создания высокоэффективных квантовых светодиодов. Это достижение считается ключевой фундаментальной технологией, которую можно применять в широком спектре оптоэлектронных устройств, включая микро-КЛЛ, дисплеи сверхвысокого разрешения, прозрачные электронные устройства и датчики изображения нового поколения.

Квантовые точки — это ультратонкие полупроводниковые частицы толщиной примерно в стотысячную долю человеческого волоса. Цвет их излучения можно свободно регулировать в зависимости от размера, что делает их материалом для дисплеев нового поколения с превосходной цветопередачей. Однако традиционные процессы формирования рисунка на основе фоторезиста имеют такие недостатки, как сложность процедур, снижение эффективности излучения и деформация рисунка. Кроме того, струйная печать и микроконтактная печать также ограничены в плане разрешения и точности.

Чтобы устранить эти ограничения, исследовательская группа использовала сшивающий агент на основе диазирина, TDBA, который реагирует на ультрафиолетовое излучение (i-линия, 365 нм). TDBA содержит как «карбоксильную функциональную группу», которая может напрямую связываться с поверхностью квантовых точек, так и диазириновую структуру, реагирующую на свет. При однократном воздействии света он химически связывается с квантовыми точками, образуя сверхтонкие узоры. Используя этот подход, команда успешно создала рисунок с ультравысоким разрешением около 2 мкм (6350 точек на дюйм), обеспечив при этом превосходную точность и стабильность.

Кроме того, после нанесения рисунка команда провела постобработку с использованием соединения на основе тиола под названием PETMP, которое пассивировало поверхностные дефекты квантовых точек, тем самым ещё больше повысив их квантовый выход фотолюминесценции (PLQY). Квантовые светодиодные устройства, в которых в качестве излучающего слоя использовались эти обработанные квантовые точки, достигли максимальной внешней эффективности 10,3 % и максимальной яркости 99 369 кд/м², продемонстрировав тем самым выдающиеся характеристики устройства. Кроме того, в полупрозрачных QLED-дисплеях с использованием красных, зелёных и синих квантовых точек была подтверждена возможность двустороннего излучения, что открывает перспективы для создания прозрачных дисплеев.

Помимо разработки технологии производства, команда провела углублённый анализ того, как молекулярная структура сшивающих агентов влияет на оптические и электрические свойства квантовых точек. С помощью теории функционала плотности (ТФП), метода квантово-механических вычислений, команда сравнила TBBT, содержащий атомы серы (S), с BPDT, не содержащим их, и обнаружила, что BPDT обладает более высокой проводимостью, что делает его более подходящим для улучшения характеристик квантовых светодиодов. Ожидается, что это открытие станет важным ориентиром при выборе оптимальных материалов для создания высокопроизводительных квантовых дисплеев с высоким разрешением.

Профессор Чон Су Ли заявил: «Это исследование не только повышает разрешение, но и предлагает метод стабильного производства, который сохраняет внутренние оптические и электрические свойства квантовых точек, а также чёткие критерии выбора материала. Мы ожидаем, что это значительно ускорит коммерциализацию дисплеев нового поколения, таких как дисплеи дополненной и виртуальной реальности».