OLED-пікселі навчилися друкувати фотолітографією: що це змінює

Швейцарські науковці з Університету Цюриха розробили матеріал, завдяки якому органічний OLED-піксель можна друкувати так само, як звичайний мікрочип. Йдеться про фотолітографію — метод, який досі не використовували для органіки, бо вона руйнується від розчинників і проявників. Результати роботи опублікували в журналі Nature.

Чому кольорові мікродисплеї досі робити складно

Неорганічні світлодіоди виготовляють із напівпровідників III-V групи. Це потребує дуже високих температур і складного перенесення тонких шарів з однієї пластини на іншу. Коли піксель стає меншим за 10 мікрометрів, такі світлодіоди втрачають яскравість через дефекти на краях структури.

Органіка здавалася виходом: її світловипромінювальний шар не має чіткої кристалічної структури, тож його можна наносити за низької температури просто на кремнієві пластини. Але органічні матеріали псуються від хімії, яку використовують у фотолітографії. Тому OLED досі наносили напиленням через маски або струменевим друком — обидва методи поступаються фотолітографії за якістю зображення і точністю суміщення шарів.

Що саме придумали вчені

Новий матеріал отримав назву електролюмінесцентні фоторезистори, або ELPR. Ідея друкувати OLED фотолітографією з'явилася ще на початку 2000-х, але тодішні матеріали світили слабко — ефективність була нижчою за 2%, бо світні частинки розташовувалися хаотично і гасили світло одна одної.

Цього разу молекулу зібрали у вигляді зірки з кількома «променями» і одним світним центром (TADF-емітером). Кожен промінь має дві частини: внутрішню, що утримує енергію біля центра, і зовнішню, яка твердне під дією ультрафіолету. Твердне лише зовнішній край молекули, а світний центр залишається неушкодженим.

Після нанесення рисунка пікселів ультрафіолетом матеріали показали ефективність світіння 13,3%. Дослідники називають це великим кроком уперед для матеріалів, які наносять напряму фотолітографією. Команда також 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 близько до розмірів, які використовують у сучасних кремнієвих чипах.

Що це означає для українських розробників

Для команд, які працюють над дисплеями, доповненою реальністю, оптичними інтерфейсами чи носимою електронікою, технологія ELPR — орієнтир для планування продуктів. Вона відкриває шлях до дешевшого прототипування мікродисплеїв без дорогого обладнання для виробництва неорганічних світлодіодів.

Крім того, українські компанії можуть закладати співпрацю з виробниками CMOS-чипів уже на етапі розробки нових пристроїв.

Підсумок

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. Для батьків і студентів це нагадування, що напрям мікроелектроніки й матеріалознавства залишається перспективним для навчання і кар'єри — зокрема на стику хімії, фізики та інженерії.