Проблема миниатюризации OLED

Главная трудность — несовместимость органических светоизлучающих материалов с традиционной литографией. При изготовлении микросхем фотолитография использует агрессивные растворители и химические реагенты, которые повреждают органические молекулы. Органические соединения плохо выдерживают жёсткую химию, применяемую при выпуске полупроводников.

Новый класс полимеров

Чтобы обойти это ограничение, швейцарские учёные создали новый класс светящихся полимеров, которые одновременно обладают свойствами OLED-материалов и фоторезистов. После нанесения на поверхность чипа эти соединения меняют структуру под ультрафиолетовым излучением, формируя микроскопические светящиеся элементы заданной формы. Ультрафиолетом можно «нарисовать» OLED-пиксели любого размера и формы, создав целый массив пикселей микроскопического дисплея.

Ключевое решение — молекулярная архитектура OLED-материала по принципу «ядро — оболочка». В центре молекулы находится органический компонент, отвечающий за излучение определённого цвета, а вокруг него — звездообразные цепи с участками для химических реакций. При облучении ультрафиолетом внешние части молекул сшиваются между собой, превращая экспонируемые области в сплошные структуры. Защитный внутренний слой при этом сохраняет люминесцентное ядро от воздействия химикатов во время обработки.

Демонстрация технологии

В качестве демонстрации исследователи изготовили несколько тестовых образцов. Один из них — многоцветное флуоресцентное изображение попугая ара размером всего 300 × 430 мкм, состоящее из 250 × 350 пикселей. На сегодня это изображение с самой высокой разрешающей способностью среди многоцветных структур, созданных методом фотолитографии. По размерам оно сопоставимо с простейшими микроорганизмами. Изображение светилось под внешним ультрафиолетом.

Кроме того, команда изготовила миниатюрный светящийся логотип ETH Zurich размером 1 × 2,4 мм на основе электрически управляемых светодиодных элементов — это уже прообраз настоящего дисплея. Исследователи показали, что метод позволяет производить электрически питаемые светодиоды.

Участники исследования и публикация

Исследование провели под руководством Yinyin Bao (работал в ETH Zurich, ныне профессор Университета Хельсинки) и профессора ETH Chih-Jen Shih. Разработка велась совместно с группой Hua Wang, профессора электроники ETH Zurich. Соавтор из Университета RMIT в Мельбурне с помощью компьютерного моделирования изучил защитный эффект. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Перспективы

Следующий этап — дальнейшее уменьшение размеров пикселей и интеграция управляющей электроники для создания полноценных микродисплеев. Помимо экранов, технология может найти применение в биомедицинских системах и микроскопии, где требуются сверхмалые источники света с точным управлением — например, для воздействия на отдельные клетки или нейроны.