La nueva tecnología LED podría hacer que las pantallas de los teléfonos sean flexibles

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Publicado el 31 de julio de 202331 de julio de 2023 por Melisa Yashinski

Muchas de las pantallas actuales, como las que se encuentran en televisores, computadoras portátiles y teléfonos inteligentes, dependen de un material llamado diodo orgánico emisor de luz u OLED para abreviar. Las pantallas basadas en OLED son conocidas por ser delgadas y livianas, y por mostrar negros más profundos y oscuros. Sin embargo, estas pantallas son rígidas y quebradizas, como un trozo de vidrio. ¿Qué pasaría si estas pantallas pudieran construirse con una suavidad similar a la de la piel y la capacidad de envolverse alrededor de su muñeca o doblarse completamente por la mitad?

Anteriormente, los científicos han diseñado nuevos diseños de pantalla para impartir flexibilidad a las pantallas OLED. Sin embargo, estos intentos condujeron a una reducción de la resolución y la calidad de la imagen, y a una capacidad de flexibilidad limitada. Otros científicos han diseñado con éxito pantallas extensibles utilizando materiales emisores de luz alternativos, como los fluorescentes. Sin embargo, estos materiales tienen características inferiores, como menor brillo y menor eficiencia energética, que los materiales OLED.

Recientemente, científicos de China y EE. UU. modificaron el diseño molecular de un material OLED existente para hacerlo más flexible manteniendo su capacidad de emitir luz. Se centraron en un tipo de OLED que utiliza la energía absorbida del calor para excitar un electrón a un estado energético diferente y emitir luz. Este tipo de pantalla se denomina emisor de fluorescencia retardada activada térmicamente o TADF. A diferencia de otras tecnologías OLED, los emisores TADF no dependen de metales pesados ​​y, por lo tanto, son seguros para aplicaciones integradas por humanos, como dispositivos portátiles.

La mayoría de los emisores de TADF están hechos de moléculas pequeñas e inflexibles. En estudios recientes, los científicos desarrollaron emisores TADF a partir de largas cadenas de moléculas, llamadas polímeros, pero tampoco eran estirables. Para añadir elasticidad a sus materiales, estos científicos añadieron moléculas blandas formadas por átomos de carbono e hidrógeno, llamadas cadenas alquílicas, entre las unidades de polímero TADF. Su objetivo era determinar las cadenas alquílicas más largas que podían agregar para impartir flexibilidad sin sacrificar las propiedades de emisión de luz. Sintetizaron cuatro polímeros TADF con longitudes de cadena alquílica de 1, 3, 6 y 10 átomos de carbono. También sintetizaron un emisor TADF de molécula pequeña típico para comparar.

Primero, los científicos probaron las propiedades de emisión de luz de cada emisor para saber si la adición de cadenas alquílicas afectaba su rendimiento. Observaron que los cinco dispositivos emitían con éxito luz verde, con sólo cambios mínimos en su intensidad. Luego midieron la diferencia en los estados de energía de los electrones, un valor que corresponde a cuánta energía térmica se necesita para excitar un electrón en el proceso TADF, y descubrieron que era casi idéntico para todos los emisores. Interpretaron sus resultados para indicar que agregar cadenas de alquilo suaves a los dispositivos TADF no afectó su capacidad para emitir luz.

A continuación, los científicos estiraron cada emisor hasta que duplicó su longitud y observaron la formación de grietas y los cambios en la emisión de luz. Observaron que los dispositivos con cadenas alquílicas más largas tenían menos grietas y más cortas, lo que significa que sufrían menos daños debido al estiramiento. Observaron que el polímero TADF con una cadena alquílica de 10 carbonos, la cadena alquílica más larga que probaron, permaneció completamente intacta sin grietas incluso cuando el emisor se estiró al doble de su tamaño original. También midieron más luz emitida por la versión estirada de ese polímero TADF que por las muestras fabricadas con cadenas alquílicas más cortas. Explicaron que esto probablemente se debía a las grietas que se formaban en estos emisores, que deterioraban los contactos eléctricos y potencialmente impedían que los electrones cambiaran de estado de energía.

Luego, los científicos incorporaron el polímero TADF con una cadena alquílica de 10 carbonos en un dispositivo OLED extensible. En un dispositivo OLED típico, el material orgánico emisor de luz se intercala entre dos capas conductoras, llamadas electrodos, que permiten que la electricidad fluya entre ellas. Los científicos diseñaron nuevos electrodos transparentes estirables añadiendo nanocables de plata a un polímero flexible similar a la silicona. Luego intercalaron el polímero TADF entre estos dos electrodos flexibles. Descubrieron que el dispositivo OLED resultante necesitaba un voltaje bajo para encenderse y podía funcionar con una batería comercial.

Los científicos descubrieron que su nuevo dispositivo OLED no estirado tenía una eficiencia mayor que la que se había informado anteriormente para los OLED estirables. Luego pudieron estirar el dispositivo a más de 1,5 veces su tamaño original antes de que fallara. Descubrieron que el brillo de la pantalla disminuía en un 40% cuando se estiraba hasta ese punto. Los científicos explicaron que la disminución del brillo probablemente se debía al aumento de la resistencia en los electrodos de nanocables de plata y al daño en el contacto entre el TADF y el electrodo. Observaron que la falla del dispositivo se debía principalmente a un cortocircuito entre los electrodos.

Los científicos sugirieron que el trabajo futuro se centre en mejorar los electrodos estirables. También sugirieron desarrollar una película transparente y estirable que pudiera encapsular y proteger la pantalla OLED. Concluyeron que su enfoque hacia los polímeros TADF estirables podría conducir a avances tecnológicos en dispositivos optoelectrónicos estirables con una suavidad similar a la de la piel.