Forscher haben leuchtende Pixel hergestellt, die so klein sind, dass ein Bildschirm 21.000 davon auf einer Länge von nur 2,54 cm (1 Zoll) anordnen könnte.
Im Mittelpunkt des Experiments stehen Quantenpunkte. Diese winzigen, nur wenige Nanometer großen Halbleiterkristalle können eine bestimmte Farbe aussenden, wenn sie Energie aufnehmen. Sie werden bereits in einigen Displays eingesetzt, doch die Herstellung extrem feiner Muster mit ihnen stellt ein Problem dar: Die dafür erforderlichen Verfahren können ihre Oberfläche beschädigen und ihre Leistungsfähigkeit verringern.
Display-Pixel.
Nikhil Manan · Pexels
Um dies zu verstehen, ist die Oberfläche eines Quantenpunkts von kleinen Molekülen umgeben, die als Liganden bezeichnet werden. Sie tragen dazu bei, seine Eigenschaften zu erhalten. Die Fotolithografie, eine Technik, bei der Licht zum Zeichnen mikroskopischer Muster eingesetzt wird, kann diese Moleküle verändern. Das Pixel nimmt dann zwar die gewünschte Form an, doch das leuchtende Material könnte weniger gut funktionieren.
Das Team von Chang Gu an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat ein reversibles Verfahren entwickelt. Ein erstes Licht verbindet die Liganden vorübergehend miteinander, um die Quantenpunkte an den gewünschten Stellen zu fixieren. Eine andere Wellenlänge ermöglicht es anschließend, diese Bindungen wieder zu lösen. Die Oberfläche der Nanokristalle erhält dadurch eine Organisation, die ihrem ursprünglichen Zustand nahekommt.
Diese Methode ermöglicht es somit, zwei zuvor nur schwer miteinander zu vereinbarende Schritte zu trennen: sehr feine Muster zu zeichnen und anschließend die leuchtenden Eigenschaften des Materials zu bewahren. Bei ihren Elektrolumineszenzgeräten ermittelten die Forscher eine externe Quanteneffizienz von bis zu 24,41 %. Diese Zahl entspricht dem Anteil der eingespeisten elektrischen Ladungen, die zu Photonen führen, die das Gerät verlassen.
Anschließend trieben die Forscher die Miniaturisierung noch deutlich weiter voran. Ihr nanoskaliges Gerät erreicht 21.000 Pixel pro Zoll, also etwa 827 Pixel pro Millimeter. Selbst bei dieser Dichte erreicht seine maximale externe Quanteneffizienz 17,08 %.
Konkret ist eine solche Dichte vor allem für Geräte interessant, bei denen das Bild auf einer winzigen Fläche detailreich bleiben muss. Mikrodisplays, die sehr nah am Auge angebracht werden, insbesondere für bestimmte Brillen oder Headsets, gehören zu den möglichen Anwendungen. Die Methode könnte auch zur Herstellung anderer optoelektronischer Bauteile auf Basis von Quantenpunkten dienen.
Nun gilt es, von kleinen Laborgeräten zu größeren Flächen überzugehen und dabei die Präzision des Verfahrens zu bewahren. Die Autoren stellen ihre Technik als Fertigungsplattform vor, sodass ihre Kompatibilität mit industriellen Fertigungslinien und verschiedenen Arten von Quantenpunkten noch untersucht werden muss.