Учёные создали OLED размером с амёбу — его пиксели «напечатали» ультрафиолетом, как чипы

Учёные Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) разработали технологию производства миниатюрных OLED-пикселей с использованием подходов, применяемых при производстве чипов. Новый метод позволяет формировать органические светящиеся структуры методом фотолитографии — тем же процессом, который используется при изготовлении микросхем. Разработка открывает путь к созданию сверхмалых дисплеев для устройств дополненной реальности и не только.

Главная проблема миниатюризации OLED заключалась в несовместимости органических светоизлучающих материалов с традиционной литографией. При изготовлении микросхем фотолитография использует агрессивные растворители и химические реагенты, которые повреждают органические молекулы. Условно живое — органические соединения — плохо выдерживает жёсткую химию процессов, используемую при выпуске полупроводников.

Для этого учёные из Швейцарии создали новый класс светящихся полимеров, которые одновременно обладают свойствами OLED-материалов и фоторезистов. После нанесения на поверхность чипа эти соединения могут изменять структуру под воздействием ультрафиолетового излучения, формируя микроскопические светящиеся элементы заданной формы. Иными словами, ультрафиолетовым светом можно нарисовать OLED-пиксели заданного размера и формы, буквально создав весь массив пикселей микроскопического дисплея.

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

В качестве демонстрации технологии исследователи изготовили несколько тестовых образцов. Один из них представлял собой многоцветное флуоресцентное изображение попугая ара размером всего 300 × 430 мкм, состоящее из 250 × 350 пикселей. На сегодняшний день это изображение с самой высокой разрешающей способностью среди многоцветных структур, созданных методом фотолитографии, и по своим размерам оно сопоставимо с простейшими микроорганизмами.

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, тогда как изображение попугая инициировалось внешним облучением. Следующим этапом станет 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, отдельными клетками или нейронами.