דיודות פולטות אור נקודות קוונטיות הניתנות למתיחה מהותית. קרדיט: המכון למדע יסוד
דיודות פולטות אור המבוססות על נקודות קוונטיות הניתנות למתיחה מהותית השיגו ביצועים שוברי שיאים.
צוות של מדענים דרום קוריאנים בראשות פרופסור KIM Dae-Hyeong מהמרכז לחקר ננו-חלקיקים בתוך המכון למדע בסיסי פיתח גישה חדשה לתצוגות נמתחות. הצוות הכריז על הפיתוח הראשון של דיודות פולטות אור (QLED) הניתנות למתיחה מהותית.
התקדמות בטכנולוגיית תצוגה
בעולם המתפתח במהירות של טכנולוגיות תצוגה, החיפוש אחר יצירת צגים הניתנים למתיחה מהותית נמשך. תצוגות מסורתיות, מוגבלות על ידי רכיבים נוקשים ובלתי גמישים, נאבקו להתפתח מעבר לאלו הגמישים.
היה צורך ברור בחומרים ועיצובי מכשירים חדשים שיכולים לסבול מתיחה משמעותית תוך שמירה על הפונקציונליות שלהם, דבר חיוני ליישומים לרבות טכנולוגיות ממשק לבישות וניתנות להתאמה.
מגבלות של OLED ויתרונות של QLED
רוב הצגים הגמישים בשוק משתמשים בטכנולוגיית דיודה פולטת אור אורגנית (OLED), המשתמשת בחומרים אורגניים כרכיבים פולטי אור. עם זאת, ל-OLED יש לעתים קרובות חסרונות כמו בהירות מוגבלת ובעיות טוהר הצבע. מצד שני, צגי QLED מציעים שכפול צבע מעולה, בהירות ואריכות ימים, מה שהופך אותם לבחירה משכנעת עבור צרכנים שמתעדפים את הגורמים הללו.
המחשה סכמטית של is-QLED המבוססת על שכבת הפליטה הניתנת למתיחה מהותית. ה-EML הניתן למתיחה הוא קומפוזיציה משולשת של QDs, SEBS-g-MA ו-TFB, עם מבנה פנימי ייחודי של הפרדת פאזות. האיים העשירים ב-TFB בתחתית ה-EML הנמתח מקלים על הזרקת החורים ל-QDs תוך מזעור אתרי מרווה עירור, ובכך משפרים את היעילות והבהירות של המכשיר. קרדיט: המכון למדע יסוד
אתגרים בפיתוח QLED גמישים
עם זאת, האתגר המהותי בפיתוח צגי QLED גמישים טמון בטבען של הנקודות הקוונטיות (QDs) עצמן; כמו חלקיקים אנאורגניים 0-D, אין להם יכולת מתיחה אינהרנטית. היו כמה ניסיונות להטביע QDs בתוך חומרים אלסטיים כדי ליצור חומר מרוכב פולט אור ואלסטי.
מכשול משמעותי שנתקל בו במהלך גישה זו היה תכונות הבידוד של האלסטומרים, אשר מונעים הזרקה יעילה של אלקטרונים וחורים לתוך ה-QDs, ובכך מפחיתים את יעילות האלקטרו-לומינסנט של המכשיר.
פריצת דרך בהנדסת חומרים
לפיכך, חוקרי IBS נאלצו להמציא חידושים כדי להתגבר על המגבלות הללו. עבודתם הציגה את השילוב של חומר שלישי בחומר המרוכב כדי לשפר את אספקת הספקים ל-QDs. פולימר מוליך למחצה מסוג p, TFB, הופעל כדי לשפר הן את יכולת המתיחה של המכשיר והן את היעילות של הזרקת חורים. הוספת TFB גם שיפרה את האיזון בין הזרקת האלקטרון והחור.
למכשירי QLED הניתנים למתיחה מהותית יש מבנה התקן שבו כל השכבות תוכננו כך שיהיו בעלות רמת מתיחה מספקת. ניתן למתוח את ה-QLEDs הניתנים למתיחה ל-50% עם ביצועי מכשיר עקביים. כמו כן, הוצגו מטריצה פסיבית ו-QLED בצבע מלא. קרדיט: המכון למדע יסוד
מבנה וביצועים משופרים של המכשיר
היבט מסקרן של הסרט הננו-מרוכב המשולש היה המבנה הפנימי הייחודי המציג הפרדת פאזות, שבו "איים" עשירים ב-TFB נוצרים בבסיס ו-QDs המוטבעים במטריצת SEBS-g-MA מונחים על גבי האיים הללו. הסדר המבני הייחודי הזה ממזער אתרי כיבוי האקסיטונים ומשפר את יעילות הזרקת החורים, וכתוצאה מכך ביצועים מיטביים של המכשיר.
לאחר בחירה והנדסה קפדנית של חומרים אלה, חוקרי IBS השיגו QLEDs עם בהירות גבוהה (15,170 CD m-2), שהוא הגבוה ביותר מבין נוריות ה-LED הניתנות למתיחה, בנוסף למתח סף נמוך (3.2 V). למכשיר לא נגרם נזק גם כאשר הופעל כוח משמעותי למתיחת החומר. גם כאשר נמתחו עד פי 1.5, לא היה שינוי משמעותי במרחק בין הנקודות הקוונטיות בתוך המכשיר. לדוגמה, אם טלוויזיית QLED בגודל 20 אינץ' מיוצרת עם מכשיר זה, משמעות הדבר היא שביצועי התצוגה יישארו זהים גם כאשר נמשכים לגודל 30 אינץ'.
כיוונים עתידיים ויישומים פוטנציאליים
המחבר הראשון, פרופסור KIM Dong-chan, הסביר, "צוות המחקר שלנו פיתח גם טכנולוגיית דפוס ברזולוציה גבוהה שניתן ליישם על שכבות פולטות אור נקודות קוונטיות ניתנות למתיחה," והוסיף, "על ידי שילוב של חומרים פולטי אור וטכנולוגיית דפוס , הדגמנו את הפוטנציאל של המכשיר שלנו עבור נוריות RGB ויישומים מורכבים כמו מערכי מטריצה פסיביים."
מחקר זה לא רק מדגים את הביצועים המעולים של QDs במסכים ניתנים למתיחה אלא גם קובע כיוון חדש לשיפור נוסף של ביצועי המכשיר. מחקר עתידי יתמקד באופטימיזציה של יעילות הזרקת הנשא ויכולת המתיחה על פני כל שכבות המכשיר. ממצא זה מניח בסיס איתן לטכנולוגיית ה-QLED מהדור הבא, ומבטיח עתיד שבו טכנולוגיות התצוגה אינן רק גמישות אלא ניתנות למתיחה באמת, ומאפשרות צורות חדשות של אלקטרוניקה לבישה ומעבר לכך.
מחקר זה נערך בשיתוף פעולה עם עמיתים מהאוניברסיטה הלאומית של סיאול, המכון הלאומי למדע וטכנולוגיה של Ulsan ומכון Daegu Gyeongbuk למדע וטכנולוגיה. זה פורסם ב טבע אלקטרוניקה ב-16 באפריל, 2024.
