Наноразмерные пиксели позволят разработать гибкие дисплеи с высоким разрешением

Учёные Оксфордского университета рассмотрели взаимосвязь электрических и оптических свойств материалов с обратимыми фазами (способных менять своё состояние из аморфного в кристаллическое). Они обнаружили, что если разместить 7-нм слой такого материала (GST) между двумя слоями прозрачных электродов, то при помощи слабых токов на такой «сэндвич» можно «нанести» изображение.Изначально, изображения наносились при помощи атомно-силового микроскопа. Команда исследователей пошла дальше и показала, что данные микроскопические структуры могут работать в качестве пикселей. Такие наноразмерные пиксели с размером 300 х 300 нм можно включать и выключать при помощи тока, генерируя цветные точки, которые могут применяться в качестве основы новых дисплеев с экстремально высоким разрешением.

Оксфордская команда, осознав потенциал открытия, запатентовала его, несмотря на ранний этап работы. «Мы не планировали разработку нового типа дисплеев, – признаётся профессор Оксфордского университета Хэриш Хаскаран, руководитель исследования. – Мы изучали взаимосвязь электрических и оптических свойств материалов с обратимыми фазами. Нас посетила идея создания такого «сэндвича» GST из слоёв толщиной несколько нанометров. Помимо возможности создания изображения на нём, мы убедились в том (и это было сюрпризом), что более тонкие слои GST дают более контрастную картинку. Кроме этого, мы обнаружили, что изменение размера нижнего электрода позволяет менять цвет изображения».

Слои структуры GST создаются при помощи методов распыления с бомбардированием заряженными частицами. При этом атомы целевой структуры тонкой плёнкой напыляют поверх другого материала. «За счёт того, что слои могут наноситься в виде плёнок, они могут быть включены в очень тонкие и гибкие материалы. Мы уже показали, что такая методика подходит для работы с гибкими майларовыми полосками с толщиной 200 нм, – отмечает Хаскаран. – Это позволяет применять их для производства умных очков, складываемых экранов, дисплеев на лобовое стекло и даже в качестве синтетической сетчатки, которая обладает возможностями фоторецепторов человеческого глаза.

Сотрудник факультета материалов Оксфордского университета Пайман Госейни, первый автор исследовательской работы, отмечает: «Наши рабочие модели настолько хороши, что мы можем настроить прототипы пикселей для свечения любым цветом, в том числе и тем, что применяется в дисплеях. Одно из преимуществ нашего подхода в том, что в отличие от традиционных ЖК-дисплеев, новая разработка не требует постоянного обновления состояния всех пикселей. Требуется обновить лишь те пиксели, которые изменились (статические пиксели остаются неизменными). Это означает, что любой дисплей с такой технологией будет иметь экстремально низкое энергопотребление».

Исследователи предполагают, что тончайшие дисплеи с новой технологией будут переключаться между режимом чтения с максимальным энергосбережением и режимом видео. Такие дисплеи могут производиться с использованием недорогих материалов, а особенность их работы будет способствовать надёжной работе и простоте в обслуживании. Использование наноразмерных пикселей делает такие дисплеи идеальными для применения в «умных» очках, в которых изображение можно будет проецировать на большую площадь поверхности при достижении более высокого разрешения.

Соавтор исследования, профессор Дэвид Райт, отметил, что параллельно с работой других учёных по всему свету его команда на протяжении многих лет искала применение материалу GST в модулях памяти. Но никто доселе не додумался комбинировать электрические и оптические свойства материала для выработки совершенно нового типа энергонезависимых цветных дисплеев с высоким разрешением. Райт считает это открытие прорывом.

Хаскаран считает, что данная работа была бы невозможной без поддержки британского исследовательского совета инженерных и физических наук (EPSRC), спонсировавшего фундаментальные исследования учёных. В работе применён материал с обратимой фазой Ge2Sb2Te5 (германий–сурьма–теллур, GST) заключённый между электродами из оксида индия (ITO).