Las futuras pantallas NanoLED tienen muchas papeletas para convertirse en uno de los siguientes grandes saltos de la industria, pero llevar los Quantum Dots desde un laboratorio hasta una pantalla real tiene bastante más miga de lo que parece. Uno de los problemas está precisamente en algo tan básico como fabricar millones de píxeles diminutos sin estropear por el camino el material que debe emitir la luz.
Ahora un equipo de investigadores chinos ha encontrado una solución bastante interesante. En un nuevo trabajo publicado en Nature Communications, han desarrollado un proceso de fotolitografía reversible que permite crear patrones de Quantum Dots y después recuperar buena parte de sus propiedades originales, evitando uno de los efectos secundarios que arrastraban este tipo de técnicas.
Y las cifras hablan por sí solas. Los investigadores han conseguido fabricar un dispositivo electroluminiscente con una densidad de nada menos que 21.000 píxeles por pulgada (ppp) y una eficiencia cuántica externa máxima del 17,08%. Estamos hablando de píxeles de solo 0,8 micrómetros de ancho, una escala pensada principalmente para pantallas de altísima densidad como las que podrían acabar utilizándose en dispositivos AR y VR.
El problema estaba en fabricar el píxel sin cargarse el Quantum Dot
Para entender el avance hay que ir directamente al proceso de fabricación. Los Quantum Dots necesitan colocarse con una precisión enorme para formar los píxeles rojos, verdes y azules. Una forma de conseguirlo es mediante fotolitografía directa, modificando los propios puntos cuánticos para que reaccionen a la luz y puedan quedarse exactamente donde interesa.
El tema está en que para conseguir que el patrón aguante hay que entrecruzar los ligandos situados sobre la superficie de los Quantum Dots. Funciona para fabricar el píxel, sí, pero ese mismo proceso acaba afectando al transporte de cargas y, por tanto, reduce el rendimiento del dispositivo cuando llega el momento de hacerlo emitir luz.
Lo que han conseguido ahora es hacer ese paso reversible. Primero utilizan luz ultravioleta de 310 nm para fijar el patrón y, una vez terminado el proceso, aplican radiación UV profunda de 254 nm para deshacer ese entrecruzamiento. Dicho de otra forma, pueden bloquear temporalmente los Quantum Dots para fabricar los píxeles y después devolver sus ligandos a un estado mucho más parecido al original.
Hasta 21.000 ppp y un 17,08% de eficiencia en el dispositivo nanopixelado
Aquí llegan los números realmente interesantes. El equipo fabricó estructuras con píxeles de 4,5 micrómetros, 1,4 micrómetros y finalmente solo 0,8 micrómetros. Esta última consiguió un pixel pitch de aproximadamente 1,21 micrómetros, equivalente a esos completamente espectaculares 21.000 ppp.
Además, aplicar el proceso reversible tuvo un efecto bastante claro sobre su funcionamiento. En el dispositivo de 21.000 ppp, la luminancia pasó de 28.769 a 49.292 cd/m², mientras que la EQE máxima subió del 16,02% al 17,08%. En dispositivos de mayor tamaño y sin ese patrón nanopixelado, el mismo trabajo llegó todavía más lejos: 24,41% de EQE y 125.016 cd/m² de luminancia a 5 V. Ojo, son dispositivos diferentes, así que esas cifras no corresponden al panel de 21.000 ppp.
Todavía queda mucho camino. El dispositivo electroluminiscente de 21.000 ppp utilizado en el estudio es verde, no tenemos aquí una pantalla RGB NanoLED completa funcionando a esa resolución, y tampoco incorpora la matriz TFT o CMOS necesaria para controlar individualmente todos esos píxeles como haría una pantalla comercial. Lo importante es que se ha demostrado que es totalmente posible fabricar Quantum Dots electroluminiscentes a una escala extremadamente pequeña sin que el proceso de creación del píxel arruine su eficiencia, quitando de en medio otra de las grandes barreras que todavía tiene esta tecnología por delante.
