Инженеры делают первый дисплей с "активной матрицей" с помощью нанопроводов

West Lafayette, Ind. – Инженеры создали первый дисплей с "активной матрицей", используя новый класс прозрачных транзисторов и схем, это шаг к реализации применений, таких как электронная бумага, гибкие цветные мониторы и прозрачные дисплеи в автомобильном ветровом стекле.

Транзисторы изготовлены из "нанопроводов", крошечных цилиндрических структур, которые собраны на стекле или тонкой пленки из гибкой пластмассы. Исследователи использовали очень маленькие нанопровода, в 20 нанометров - в тысячу раз тоньше человеческого волоса, создав дисплей, содержащий органические светодиоды или OLEDS. OLEDS представляют собой устройства, которые могут соперничать яркостью с обычными пикселями в плоских телевизорах, компьютерных мониторах и дисплеях в бытовой электронике.

"Это шаг к демонстрации практического потенциала транзисторов с нанопроводами в дисплеях и для других приложениях", – сказал Дэвид Джейнс, исследователь Birck центра нанотехнологий Университета Purdue и профессор в Школе электротехники и вычислительной техники. Нанопровода были использованы для создания активной матрицы дисплея в доказательство правильности концепции, аналогично той, что в телевизорах и компьютерных мониторах. Дисплей с активной матрицей способен точно направить поток электроэнергии для воспроизведения видео, потому что каждый элемент изображения или пиксель имеет свою собственную схему управления.

Полученные результаты будут подробно изложены в научно-исследовательской работе, размещенной на обложке апрельского номера журнала Nano Letters. Статья была написана исследователями в Purdue, Северо-Западного университета и Университета Южной Калифорнии.

"Мы показали, как изготовить электронику с нанопроводами при комнатной температуре при простом процессе, который может быть применим для коммерческого производства", – сказал Тобин Дж. Маркс.

OLEDS в настоящее время используются в мобильных телефонах, MP3-дисплеях и прототипах телевизора, но их производство требует сложного процесса, трудно изготовить органические светодиоды, которые достаточно малы для дисплеев с высоким разрешением.

"Транзисторная электроника с нанопроводами может решить эту проблему", – сказал Маркс, который получил в 2005 году Национальную медалью науки. "Мы считаем, что наш метод изготовления является масштабируемым, возможно, обеспечивает недорогой способ производства дисплеев с высоким разрешением для многих приложений".

В отличие от обычных компьютерных чипов - называемых CMOS, с дополнением оксидом металлов полупроводниковые чипы - тонкопленочные транзисторы с нанопроводами могут быть получены с меньшими затратами при низких температурах, что делает их идеальными для включения в гибкий пластик, который плавится при высокотемпературной обработке.

Обычные жидкокристаллических дисплеи в плоских телевизорах и мониторах с подсветкой белым светом, и там каждый пиксель действует как фильтр, который включается и выключается для создания изображений. OLEDS, однако, излучает свет непосредственно, устраняя необходимость подсветки экрана и делают возможным создавать более яркие дисплеи, которые будут тонкими и гибкими.

Эта технология также может быть использована для создания антенн, которые направляют микроволны и радиосигналы более точно, чем существующие антенны. Такие антенны могут улучшить прием сотового телефона, и сделает трудно подслушиваемыми военные передачи на поле боя.

Электронные дисплеи, такие как телевизионные экраны, содержат миллионы пикселей, расположенные на пересечении строк и столбцов, которые пересекаются друг с другом. В новых полученных данных, исследователи показали, что они были в состоянии выборочно осветить конкретную строку активной матрицы органических светодиодов на дисплее размером с ноготь.

"Дисплеи телевизоров способны осветить конкретный пиксель, расположенный, скажем, в 10-ом ряду, пятой колонны", – сказал Джейнс. "Мы не в состоянии это еще сделать. Мы показали, что мы можем выбрать целый ряд, но пока, ни один OLED пиксель, но мы к этому стримимся".

Будущие исследования будут включать в себя работы по проектированию дисплеев, которые могут контролировать отдельные светодиоды для создания изображения, сказал Джейнс.

"Уникальная особенность этих дисплеев в том, что они являются прозрачными", – сказал он. "До тех пор пока пиксели не будут активированы, область дисплея выглядит слегка тонированным стеклом".

Транзисторы с нанопроводами выполнены из прозрачного полупроводника под названием оксид индия, потенциальная замена кремния в будущих прозрачных схемах. OLEDS состоит из транзисторов, электродов, изготовленных из материала, называемого оксид индия и олова и пластиковых конденсаторов, хранящих электроэнергиию. Все материалы являются прозрачными, пока они не будут активированы, чтобы излучать свет.

"Это может включать такие приложения, как GPS навигационные дисплеи прямо на лобовом стекле вашего автомобиля", – сказал Джейнс. "Представьте себе, что карта местности отображается на лобовом стекле так, что вы не должны отрывать глаза от дороги".

Новые светодиоды имеют яркость почти сравнимую с пикселями в коммерческих плоскопанельных телевизоров. OLEDS имеют среднюю яркость более чем 300 кандел на квадратный метр, по сравнению с 400-500 кандел на квадратный метр для коммерчески доступных жидкокристаллических дисплеев телевизоров.

"Даже в этой первой демонстрации, мы довольно близки к яркости, которую вы видите на ЖК-телевизоре", – сказал Джейнс.

Исследователи также продемонстрировали, что они могли бы создать OLEDS подходящего размера для коммерческих дисплеев, около 176 на 54 микрона, или миллионной метра. Этот размер OLEDS был бы идеальным для маленьких дисплеев в мобильных телефонах, персональных цифровых помощниках и другой портативной электронике.

Исследование финансировалось НАСА через Институт наноэлектроники и вычислительной техники, основанный Purdue's Discovery Park.

В статье Nano Letters был автором Санжун Джу, научный сотрудник электротехники и вычислительной техники в школе Purdue; докторанты Цзяньфэн Ли и Джун Лю в Северо-Западном; докторанты Po-Чан Чен, Шиоканг Чанг и Фумияки Ишикава в Университете Южной Калифорнии; Молодой аспирант Чжин Ха в Северо-Западном; Чонжу Чжоу, доцент кафедры электротехники в Университете Южной Калифорнии; Антонио Факкетти, профессор научный сотрудник в отделе химии Северо-Западного университета; и Маркс и Джейнс.