Framtidens skärmar kan få betydligt mindre pixlar och därmed högre upplösning. Forskare vid University of Cambridge och andra institutioner har utvecklat en ny tillverkningsmetod som gör det möjligt att placera kvantprickar i pixlar som bara är 600 nanometer stora.
Metoden använder något som normalt betraktas som ett problem vid materialtillverkning: sprickor.
Genom att skapa kontrollerade mikroskopiska sprickor i ett tunt lager av kvantprickar kan forskarna dela upp materialet i extremt små pixelmönster och sedan överföra dem till elektroniken som styr skärmen.
Tekniken kallas cracking-assisted transfer printing (CATP) och kan bli ett nytt sätt att tillverka högupplösta QLED-skärmar.
Vad är en kvantprick?
Kvantprickar, eller quantum dots, är extremt små halvledarkristaller.
Deras elektroner är instängda i ett mycket litet område, vilket ger materialet speciella optiska och elektroniska egenskaper.
En viktig egenskap är att kvantprickar kan konstrueras för att avge mycket specifika färger.
Det gör dem attraktiva för framtidens bildskärmar eftersom de potentiellt kan ge:
- stark ljusstyrka,
- rena och intensiva färger,
- hög elektrisk stabilitet,
- mycket små pixlar.
QLED-skärmar där kvantprickarna själva fungerar som ljusemitterande material är därför ett lovande alternativ för framtida avancerade skärmar.
Miljontals pixlar måste placeras exakt
Problemet uppstår när kvantprickarna ska användas i verkliga skärmar.
En högupplöst skärm innehåller miljontals pixlar som måste placeras med extrem precision.
För fullfärgsskärmar blir problemet ännu svårare eftersom röda, gröna och blå kvantprickar måste placeras på rätt position utan att materialen blandas med varandra.
Forskarna behövde därför utveckla en metod som kombinerar tre egenskaper:
| Krav | Varför det behövs |
|---|---|
| Extremt små pixlar | Ger hög upplösning |
| Hög precision | Pixlarna måste hamna på rätt plats |
| Stor tillverkningsyta | Tekniken måste kunna skalas upp |
Det är den kombinationen CATP-metoden försöker lösa.
Forskarna använder kontrollerade sprickor
Tillverkningen börjar med att kvantprickar läggs ut som ett mycket tunt lager.
Partiklarna hålls samman av attraktionskrafter mellan närliggande kvantprickar.
Forskarna skapar sedan kontrollerade sprickor i lagret.
Sprickorna bryter bindningarna mellan grupper av kvantprickar och delar på så sätt upp materialet i förutbestämda pixelmönster.
De färdiga strukturerna kan därefter lyftas från den ursprungliga ytan och överföras till en så kallad TFT-backplane.
Det är den elektroniska bakplatta med tunnfilmstransistorer som används för att individuellt kontrollera pixlarna i en aktiv skärm.
Pixlar på bara 600 nanometer
Forskarna lyckades med metoden skapa fungerande ljusemitterande pixlar med en storlek på endast:
600 nanometer
En nanometer är en miljondels millimeter.
Det innebär att pixelstrukturerna är betydligt mindre än vad det mänskliga ögat kan urskilja.
Samtidigt fungerade processen inte bara på mycket små experimentella ytor. Forskarna demonstrerade jämn pixelstruktur över ytor på upp till:
4 tum – cirka 10 centimeter.
Kombinationen av mycket små pixlar och relativt stora tillverkningsytor är viktig om tekniken så småningom ska kunna skalas upp till kommersiell produktion.
Byggde en riktig fullfärgsskärm
Forskarna nöjde sig inte med att skapa enskilda pixelmönster.
De använde tekniken för att bygga en fungerande aktiv fullfärgsskärm.
Skärmen hade en upplösning på:
341 pixlar per tum (PPI).
Dessutom var kvantprickarna kadmiumfria.
Det är betydelsefullt eftersom kadmium är en giftig tungmetall som historiskt har använts i vissa typer av kvantprickar men som är problematisk både ur miljö- och hälsosynpunkt.
Forskarna demonstrerade även en flexibel blå aktiv-matris-skärm, vilket visar att metoden inte behöver begränsas till traditionella plana skärmar.
Kan även förbättra livslängden
CATP-metoden verkar dessutom ge en annan fördel.
Forskarna rapporterar att tekniken kan förbättra kvantprickarnas elektroluminiscerande prestanda.
Den exakta kontrollen över gränsytorna och den höga tätheten av kvantprickar gav både:
- högre maximal ljusstyrka,
- längre operationell livslängd.
Det innebär att tekniken inte bara handlar om att göra pixlarna mindre.
Tillverkningsprocessen kan samtidigt förbättra själva pixelns funktion.
Intressant för framtidens extremt högupplösta skärmar
Behovet av mycket små pixlar blir särskilt stort när en skärm befinner sig nära ögat.
Det gäller exempelvis framtida AR- och VR-glasögon.
På en vanlig TV betraktas pixlarna på flera meters avstånd. I ett par smarta glasögon kan skärmen däremot befinna sig bara centimeter från ögat.
Då krävs mycket hög pixeltäthet för att användaren inte ska kunna urskilja enskilda pixlar.
Kvantprickarnas optiska egenskaper i kombination med möjligheten att skapa mycket små pixelstrukturer gör därför tekniken särskilt intressant för nästa generations skärmar.
Kontrollerade sprickor kan bli en tillverkningsmetod
Att medvetet skapa sprickor i ett material kan låta som motsatsen till vad man vill göra vid tillverkning av avancerad elektronik.
Här används sprickbildningen i stället som ett precisionsverktyg.
Genom att kontrollera var bindningarna mellan kvantprickarna bryts kan forskarna skapa pixelstrukturer på nanometerskala och därefter flytta dem till skärmens elektronik.
Forskarna har hittills demonstrerat 600 nanometer små elektroluminiscerande pixlar, en kadmiumfri fullfärgsskärm på 341 PPI och jämn pixelisering över ytor på upp till 10 centimeter.
Nästa fråga blir om processen kan skalas upp ytterligare. Lyckas det kan kontrollerade sprickor bli ett oväntat verktyg för att tillverka framtidens skarpare, ljusstarkare och mer långlivade QLED-skärmar.
Publikationsuppgifter
Jeong-Wan Jo m.fl., En överföringstryckteknik med sprickhjälp för högupplösta skärmar med kvantprick-lysdioder, Nature Electronics (2026). DOI: 10.1038/s41928-026-01670-9