Исследовательская группа разработала технологию прямой оптической литографии (DOL), которая формирует квантовые точки (QD) со сверхвысоким разрешением, используя только свет, без применения фоторезиста. В рамках этой технологии были также представлены рекомендации по выбору перекрёстно-сшивающих агентов, необходимых для изготовления высокоэффективных QLED-дисплеев. Это достижение рассматривается как фундаментальная технология, которая может быть применена в широком спектре оптоэлектронных устройств, включая микро-QLED, дисплеи со сверхвысоким разрешением, прозрачные электронные устройства и датчики изображений следующего поколения.
Статья опубликована в журнале Nano Letters. Исследование проводилось под руководством профессора Джонг-Су Ли из Департамента энергетических наук и инженерии в DGIST.
Квантовые точки — это ультратонкие полупроводниковые частицы, толщина которых составляет примерно одну стотысячную толщины человеческого волоса. Их цвет излучения можно свободно настраивать в зависимости от размера, что делает их материалом для дисплеев следующего поколения с выдающейся цветопередачей. Однако традиционные процессы формирования узоров с использованием фоторезиста имеют такие ограничения, как сложность процедур, снижение эффективности излучения и деформация узора.
Для решения этих проблем исследовательская группа представила перекрёстно-сшивающий агент на основе диазирина, TDBA, который реагирует на ультрафиолетовый свет (i-line, 365 нм). TDBA обладает как функциональной группой карбоновой кислоты, которая может напрямую связываться с поверхностью QD, так и структурой диазирина, реагирующей на свет.
С помощью однократного воздействия света TDBA химически связывается с QD, формируя ультратонкие узоры. Используя этот подход, команда успешно достигла сверхвысокого разрешения узоров размером около 2 мкм (6350 DPI), обеспечивая при этом отличную точность и стабильность.
После процесса формирования узоров команда применила пост-обработку с использованием соединения на основе тиола под названием PETMP, которое пассивировало поверхностные дефекты на QD, тем самым дополнительно улучшив их квантовый выход фотолюминесценции (PLQY).
Устройства QLED, в которых в качестве излучающего слоя используются эти пост-обработанные QD, достигли максимальной внешней эффективности 10,3% и максимальной яркости 99 369 кд/м², продемонстрировав выдающуюся производительность устройства. Кроме того, в полупрозрачных QLED, использующих R/G/B QD, была проверена возможность двустороннего излучения, что открывает возможности для применения в прозрачных дисплеях.
Помимо разработки технологии изготовления, команда провела углублённый анализ того, как молекулярная структура перекрёстно-сшивающих агентов влияет на оптические и электрические свойства QD. Используя теорию функционала плотности (DFT), метод квантово-механических расчётов, команда сравнила TBBT, содержащий атомы серы (S), с BPDT, который их не содержит, и обнаружила, что BPDT обладает более высокой проводимостью, что делает его более выгодным для повышения производительности QLED. Это открытие, как ожидается, послужит важным ориентиром для выбора оптимальных материалов при изготовлении дисплеев с высоким разрешением и высокой производительностью на основе квантовых точек.
Профессор Ли заявил: «Это исследование не только повышает разрешение, но и предлагает метод стабильного изготовления, который сохраняет внутренние оптические и электрические свойства QD, наряду с чёткими критериями выбора материалов. Мы ожидаем, что это значительно ускорит коммерциализацию дисплеев следующего поколения, таких как AR и VR».
Предоставлено Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology.