Новые синие квантовые точки в Токио обещают более энергоэффективные дисплеи

Процесс «самоорганизующаяся химия снизу вверх» был разработан в лаборатории профессора Эйити Накамура.

Квантовые точки — это наноразмерные кристаллы, способные излучать свет разных цветов. Устройства отображения на основе квантовых точек обещают большую энергоэффективность, яркость и чистоту цвета, чем у дисплеев предыдущих поколений. Из трех цветов, обычно необходимых для отображения полноцветных изображений — красного, зеленого и синего — последний оказалось трудно воспроизвести.

Новый метод, разработанный в Токийском университете на основе самоорганизующихся химических структур, предлагает решение, а передовой метод визуализации для визуализации этих новых синих квантовых точек оказался необходимым для их создания и анализа.

Работа описана в журнале Американского химического общества. Внимательно посмотрите на экран своего устройства, и вы сможете увидеть отдельные элементы изображения, пиксели, из которых состоит изображение. Пиксели могут иметь практически любой цвет, но на самом деле они не являются самым маленьким элементом на экране, поскольку обычно состоят из субпикселей красного, зеленого и синего цветов. Переменная интенсивность этих субпикселей придает отдельным пикселям вид одного цвета из палитры миллиардов.

Лежащая в основе субпикселей технология развилась со времен раннего цветного телевидения, и в настоящее время существует ряд возможных вариантов. Но следующим большим скачком, вероятно, станут так называемые светоизлучающие диоды с квантовыми точками или QD-LED.

Проблемы

синего цвета Дисплеи на основе QD-светодиодов уже существуют, но технология все еще развивается, и текущие варианты имеют некоторые недостатки, особенно в отношении синих субпикселей внутри них. Из трех основных цветов наиболее важными являются синие субпиксели. Благодаря процессу, называемому преобразованием с понижением частоты, синий свет используется для генерации зеленого и красного света. Из-за этого синие квантовые точки требуют более строгого контроля физических параметров.

Это часто означает, что синие квантовые точки очень сложны и дороги в производстве, а их качество является критическим фактором для любого дисплея. Но теперь у группы исследователей под руководством профессора Эйити Накамуры с химического факультета Токийского университета есть решение.

«Предыдущие стратегии проектирования синих квантовых точек были очень нисходящими: брали относительно большие химические вещества и подвергали их ряду процессов, чтобы превратить их во что-то, что работает», — сказал Накамура. Стратегия «снизу вверх»

«Наша стратегия — снизу вверх. Мы опирались на знания нашей команды о самоорганизующейся химии, чтобы точно контролировать молекулы, пока они не сформируют нужные нам структуры. Представьте, что вы строите дом из кирпичей, а не вырезаете из камня. Гораздо проще быть точным, спроектировать так, как вы хотите, и это более эффективно и экономично».

Но дело не только в том, как команда Накамуры создала свою синюю квантовую точку. при воздействии ультрафиолетового света он излучает почти идеальный синий свет в соответствии с международным стандартом измерения точности цветопередачи, известным как BT.2020.

Это связано с уникальным химическим составом их точки, гибридной смесью органических и неорганических соединений, включая перовскит свинца, яблочную кислоту и олеиламин. И только посредством самоорганизации их можно уговорить принять требуемую форму, представляющую собой куб из 64 атомов свинца, по четыре на каждой стороне.

«Удивительно, но одна из наших самых больших проблем заключалась в том, чтобы обнаружить, что яблочная кислота была ключевой частью нашей химической головоломки. Чтобы найти его, потребовалось больше года, чтобы найти его», — сказал Накамура.

«Возможно, менее удивительным является то, что другой нашей главной задачей было определить структуру нашей синей квантовой точки. При длине волны 2,4 нм, что в 190 раз меньше длины волны синего света, которую мы стремились создать, структура квантовой точки не может быть отображена обычными средствами. Итак, мы обратились к инструменту обработки изображений, впервые разработанному некоторыми из нашей команды, известному как SMART-EM, или «кинематографическая химия», как мы любим его называть».

Кинематографическая химия — это эволюция визуализации с помощью электронного микроскопа, которая больше похожа на съемку видео, чем на съемку неподвижного изображения. Это важно для получения подробностей структуры синей квантовой точки, поскольку нанокристалл на самом деле довольно динамичен, поэтому любое его изображение расскажет лишь небольшую часть его истории. К сожалению, синяя квантовая точка также довольно недолговечна, хотя это и ожидалось, и сейчас команда стремится улучшить ее стабильность с помощью промышленного сотрудничества.