Elastyczne wyświetlacze dostępne dla każdego, które można zwinąć i schować do kieszeni to wciąż melodia przyszłości. Firmy produkujące gadżety elektroniczne od kilku lat zapowiadają masową produkcję takich ekranów. Sony, Samsung czy LG prezentowały już prototypy swoich wyświetlaczy AMOLED czy OLED na wielu elektronicznych targach. Swoją propozycję elastycznego i na dodatek rozciągliwego ekranu przedstawili naukowcy z UCLA’s Henry Samueli School of Engineering and Applied Science na łamach czasopisma Nature Photonics 22 września 2013 roku.
Niedawno informowaliśmy o produkcie austriackich naukowców – diodach PLED o podobnych właściwościach, lecz wytworzonych na folii PET. Natomiast inżynierowie z UCLA do budowy prototypu wykorzystali materiały, które po połączeniu w kompozyt stworzyły kombinację cech takich jak elastyczność, transparentność oraz przewodność. Mowa o materiale o nazwie EPLED (z ang. elastomeric polymer light-emitting device). Rozciągliwy materiał emitujący światło może być wielokrotnie zwijany, składany i skręcany w temperaturze pokojowej, zachowując swój pierwotny kształt i właściwości.
“Nasz nowy materiał będzie podstawowym budulcem dla rozciągliwych urządzeń elektronicznych przeznaczonych na rynek masowy. Wierzymy, że wraz z rozwojem elastycznych, rozciągliwych, cienkowarstwowych tranzystorów w niedalekiej przyszłości powstaną interaktywne ekrany OLED, cienkie jak kartka papieru. Projektanci gadżetów elektronicznych otrzymają zupełnie nowy wymiar do eksploatacji” – powiedział Qibing Pei, profesor katedry materiałoznawstwa na UCLA, a także kierownik badań.
Kompozyt składa się z kilku warstw. Podstawę stanowi kopolimer akrylanu uretanu, który zapewnia rozciągliwość i przezroczystość oraz bisfenolu A zapewniającego przyczepność (adhezję). Dzięki niemu możliwe było osadzenie cienkiej warstwy srebrnych nanodrutów (AgNWs, z ang. Ag nanowires). Testy przeprowadzone na kopolimerze wykazały, że możliwe było osiągnięcie wydłużenia około 140%. Wartość modułu Younga dla tego materiału wyniosła 38 MPa. Następną warstwą jest przewodzący polimer PEDOT-PSS (artykuł – Elektrody w ubraniu monitorują pracę serca), który pokrywa warstwa emisyjna. Całość przykryta jest ponownie warstwą srebrnych nanodrutów osadzonych na kopolimerze. Kompozyt posiada zatem budowę warstwową typu sandwich.
W skrócie: elektroluminescencyjny polimer PEDOT-PSS umieszczony jest pomiędzy parą elektrod ze srebrnych nanodrutów, a całość pokrywa elastomer.
Taka kompozycja zapewnia elastyczność oraz emisję światła gdy przyłoży się do niego napięcie. W ramach testów naukowcy rozciągali i doprowadzali ekran OLED do pozycji wyjściowej tysiąc razy. Przy rozciągliwości wynoszącej około 30% materiał dalej pracował bez zarzutu. Inne badanie wykazało, że materiał dalej funkcjonował po rozciągnięciu na długość dwukrotnie przekraczającą oryginalny rozmiar. Dodatkowo podczas testów kompozyt był wielokrotnie skręcany o 180 stopni w różnych osiach.
Inżynierowie stwierdzili, że do tej pory główną przeszkodą w stworzeniu elastycznych ekranów był brak odpowiednich elektrod. Jednocześnie zapewniają, że elektrody wykonane ze srebrnych nanodrutów w połączeniu z innymi warstwami są gwarantem elastyczności, wysokiej przejrzystości, dobrej przewodności elektrycznej, wodoodporności i gładkości powierzchni. Zespół zademonstrował także, że możliwe jest uzyskanie ultra-elastycznego ekranu OLED o rozdzielczości kilku pikseli. Naukowcy są przekonani, że ich prototyp utoruje drogę do budowy elastycznych wyświetlaczy elektronicznych zawierających wiele tysięcy pikseli. Przyszłość z pewnością będzie należeć do tego typu wyświetlaczy. Póki co, badacze muszą zmierzyć się z jeszcze jednym technologicznym problemem – dużą wrażliwością wyświetlaczy na powietrze. Dlatego konieczna jest budowa odpowiedniego systemu uszczelnienia.
Źródło:
[1] Elastomeric polymer light-emitting devices and displays. Jiajie Liang, Lu Li, Xiaofan Niu, Zhibin Yu, Qibing Pei. Nature Photonics 7, 817–824 (2013) doi:10.1038/nphoton.2013.242
[2] http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/extref/nphoton.2013.242-s1.pdf | 25.05.2013
[3] http://newsroom.ucla.edu/portal/ucla/ucla-engineers-develop-a-stretchable-248397.aspx | 25.05.2013
[4] Army to display flexible technology by U.S. Army RDECOM, flickr.com, CC BY 2.0