Ученые из Национальной Северо-западной Тихоокеанской
лаборатории (Pacific Northwest National Lab) при министерстве энергетики США
создали уникальную технологию для достижения свойств OLED-экранов с использованием
неорганических светодиодов.
Сегодня OLED-экраны (Organic Light Emission Diode
органические светодиоды) медленно, но верно выходят на массовый рынок. В силу
своей органической природы, эти экраны отличаются высокой гибкостью и
прозрачностью. Тем не менее, та же органическая природа технологии OLED
порождает существенный недостаток – малое время жизни. Большинство OLED-дисплеев
рассчитано всего на 3 года активной эксплуатации. Американские инженеры решили
получить положительные свойства OLED-дисплеев с использованием долговечных
неорганических компонентов.
Идея, лежащая в основе уникальной технологии, кажется
очевидной. Поскольку неорганические светодиоды непрозрачны, но обладают высоким
коэффициентом преобразования электрического тока в свет, значит, дисплей можно
сделать прозрачным за счет использования сетки микроскопических светящихся
элементов, которые в неактивном состоянии вообще не будут видны глазу, а во
включенном состоянии будут формировать полноценное изображение.
Чтобы изготовить микроскопические светодиоды, ученые решили
разбить более крупный неорганический светодиод на мелкие части. В начале
технологического процесса на подложку, покрытую арсенидом алюминия,
накладываются традиционные слои материалов, используемых в создании красных
светодиодов: галлий, индий, фосфор и т.д. После нанесения этих слоев
применяется операция под названием ионно-плазменное травление. При этом
травлении на поверхности образуется сетка с небольшими квадратными элементами
размером около 50 нанометров. Эти квадратики удерживаются на подложке двумя
небольшими участками материала – весь остальной материал исходной подложки из
арсенида алюминия вымывается с помощью плавиковой кислоты. В итоге на подложке
остается сетка мельчайших светодиодов, каждый из которых прикреплен к базовому
слою двумя тонкими «ножками».
Получаемый в ходе первичного процесса слой светодиодов
упакован так плотно, что сделает любую поверхность непрозрачной, поэтому ученые
придумали способ проредить сетку светящихся элементов. Для этого они
подготовили специальный эластичный материал, который захватывает не все
элементы из исходной сетки, а лишь каждый третий – для этого в материале
проделываются отверстия на соответствующем расстоянии. Меняя это расстояния,
можно создавать дисплеи с любой нужной плотностью элементов.
Захваченные светодиоды можно перенести на любую подходящую
поверхность – стекло или пластик. Чтобы обеспечить светодиодам питание,
элементы можно наносить на поверхность с уже нанесенным слоем проводников,
закрепляя элементы с помощью прозрачной эпоксидной смолы. Сверху наносится еще
один слой с сеткой проводников, который завершает создание гибкого дисплея
далее готовый дисплей можно закрепить на любой поверхности. Для демонстрации
авторы создали из проводников пассивную матрицу, которая позволяет включать
каждый светодиод по отдельности. В экспериментальном образце светодиоды
занимают всего 1% от площади дисплея, оставляя его практически прозрачным (в
выключенном состоянии).
Чтобы структура проводников не нарушалась при изгибании
дисплеев на основе нанометровых неорганических светодиодов, разработчики
предусмотрели еще одну хитрость – перед нанесением сетки проводников они
придали пластиковой подложке дополнительноe натяжение, так что при ослаблении
этого натяжения проводники образуют волнообразную поверхность – это
обеспечивает целостность проводников при изгибании, поскольку у всех
проводников остается хороший запас по длине.
Конечно, пока этой технологии далеко до коммерческого
применения. Тем не менее, все технологии и материалы в новом процессе хорошо
изучены, так что серьезных препятствий на пути к промышленному внедрению
практически нет.
Подробнее о технологии создания прозрачных и гибких дисплеев
на основе неорганических светодиодов можно прочитать в статье на сайте Ars
Technica и в журнале Science.
|
