Phát triển công nghệ quang khắc trực tiếp cho màn hình chấm lượng tử độ phân giải siêu cao

Nhóm nghiên cứu đã phát triển công nghệ quang khắc quang học trực tiếp (DOL) để tạo mẫu các chấm lượng tử (QD) với độ phân giải siêu cao chỉ bằng ánh sáng, không cần kháng quang. Qua đó, họ cũng đưa ra hướng dẫn chọn chất liên kết chéo cần thiết để chế tạo QLED hiệu suất cao. Thành tựu này được coi là công nghệ nền tảng cốt lõi có thể áp dụng cho nhiều thiết bị quang-điện tử, bao gồm micro-QLED, màn hình độ phân giải siêu cao, thiết bị điện tử trong suốt và cảm biến hình ảnh thế hệ mới.

Bài báo đã được được công bố trong tạp chí Nano Letters. Công trình do Giáo sư Jong-Soo Lee tại Khoa Khoa học và Kỹ thuật Năng lượng của DGIST đứng đầu.

Chấm lượng tử là các hạt bán dẫn siêu mịn, có kích thước chỉ bằng một phần trăm nghìn độ dày sợi tóc người. Màu phát xạ của chúng có thể điều chỉnh linh hoạt bằng cách thay đổi kích thước, trở thành vật liệu hiển thị thế hệ mới với khả năng tái tạo màu sắc xuất sắc. Tuy nhiên, quy trình tạo mẫu dựa trên kháng quang truyền thống gặp hạn chế như thủ tục phức tạp, giảm hiệu suất phát xạ và biến dạng mẫu. Bên cạnh đó, inkjet printing và in khuôn vi tiếp xúc cũng bị hạn chế về độ phân giải và độ chính xác.

Để khắc phục những hạn chế này, nhóm nghiên cứu đã giới thiệu chất liên kết chéo dựa trên diazirine là TDBA, phản ứng với ultraviolet light (dải i, 365 nm). TDBA vừa có nhóm chức "axit cacboxylic" liên kết trực tiếp với bề mặt QD, vừa có cấu trúc diazirine nhạy sáng.

Chỉ với một lần chiếu sáng, nó phản ứng hóa học với QD để tạo thành các mẫu siêu mịn. Nhờ cách tiếp cận này, nhóm đã đạt độ phân giải siêu cao khoảng 2 μm (6.350 DPI), đồng thời đảm bảo độ chính xác và ổn định tuyệt vời.

Sau quá trình khắc mẫu, nhóm tiến hành xử lý hậu kỳ bằng hợp chất chứa lưu huỳnh mang tên "PETMP", giúp điều chế khuyết tật bề mặt trên QD, từ đó nâng cao hiệu suất lượng tử huỳnh quang (PLQY).

Các thiết bị QLED sử dụng QD đã qua xử lý này làm lớp phát xạ đạt hiệu suất ngoài tối đa 10,3% và độ rọi cực đại 99.369 cd/m², cho thấy hiệu suất thiết bị ấn tượng. Ngoài ra, trong QLED bán trong suốt sử dụng QD R/G/B, họ đã chứng minh khả năng phát xạ hai mặt, mở ra tiềm năng ứng dụng cho màn hình trong suốt.

Bên cạnh việc phát triển công nghệ chế tạo, nhóm còn phân tích sâu ảnh hưởng của cấu trúc phân tử của chất liên kết chéo đến tính chất quang và điện của QD.

Sử dụng phương pháp lý thuyết hàm mật độ (DFT), nhóm so sánh TBBT chứa nguyên tử lưu huỳnh với BPDT không chứa lưu huỳnh và phát hiện BPDT có độ dẫn điện cao hơn, lợi thế cho việc cải thiện hiệu năng QLED. Kết quả này được kỳ vọng làm cơ sở quan trọng cho việc chọn vật liệu tối ưu trong chế tạo màn hình QD độ phân giải cao, hiệu suất cao.

Giáo sư Lee cho biết: "Nghiên cứu không chỉ nâng cao độ phân giải, mà còn đề xuất phương pháp sản xuất ổn định bảo toàn tính chất quang và điện của QD, cùng tiêu chí rõ ràng cho việc lựa chọn vật liệu. Chúng tôi kỳ vọng nó sẽ thúc đẩy mạnh mẽ việc thương mại hóa màn hình thế hệ mới như AR và VR."

Góc nhìn cho thị trường Việt Nam

Nghiên cứu này mở ra nhiều cơ hội để Việt Nam tiếp cận công nghệ hiển thị thế hệ mới, đặc biệt trong lĩnh vực nghiên cứu và chế tạo màn hình QLED. Việc ứng dụng quang khắc trực tiếp và chất liên kết chéo diazirine không chỉ nâng cao độ phân giải mà còn tối ưu hiệu suất, giúp các doanh nghiệp công nghệ trong nước có điều kiện thử nghiệm và phát triển sản phẩm AR/VR chất lượng cao.

Tuy nhiên, để triển khai tại Việt Nam, cần đầu tư trang thiết bị quang khắc tiên tiến và nguồn nhân lực chất lượng. Đồng thời, hợp tác quốc tế với các viện nghiên cứu hàng đầu sẽ đẩy nhanh quá trình chuyển giao công nghệ, mở ra triển vọng cho ngành công nghiệp điện tử hiển thị trong nước.

Sự thành công của nghiên cứu này có thể thúc đẩy chuỗi giá trị sản xuất từ vật liệu bán dẫn đến thiết bị hoàn chỉnh, tạo động lực cho các startup công nghệ tại Việt Nam và nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường toàn cầu.