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I futuri smartphone potrebbero essere una specie di guanti? Forse sì grazie a questi display OLED da applicare sulla pelle per sviluppare nuovi dispositivi indossabili e intelligenti. Lanceremo i messaggi come le ragnatele di Spider Man nel prossimo futuro? Per ora si pensa ad applicazioni in campo medicale
Lo sviluppo di dispositivi elettronici potrà focalizzarsi in nuovi ambiti grazie ai display pieghevoli e indossabili per monitorare la salute umana e agire come robot medici. Tali dispositivi si basano su diodi organici a emissione di luce (OLED), gli stessi utilizzati nelle moderne TV o smartphone. Tuttavia, è ancora difficile sviluppare materiali semiconduttori con elevata flessibilità meccanica a causa del loro uso limitato nelle applicazioni elettroniche attuali. In un nuovo lavoro pubblicato su Science Advances, Minwoo Choi e un team di scienziati in ingegneria elettronica e scienza dei materiali nella Repubblica di Corea, hanno sviluppato un display OLED a colori, indossabile, utilizzando dei transistor e la tecnica di deposizione backplane bidimensionale. I ricercatori hano progettato una matrice 18×18 di transistor su un sottile film di bisolfuro di molibdeno (MoS2 ) e trasferito su una superficie di ossido di alluminio (Al2O3) / polietilentereftalato (PET). Gli scienziati hanno quindi depositato pixel OLED rossi, verdi e blu sulla superficie del dispositivo e hanno osservato eccellenti proprietà meccaniche ed elettriche del materiale 2D. In questo modo è stato possibile ottenere un film molto sottile e resistente alle deformazioni che contiene sia il display OLED che il controllo elettronico. Dalle prime prove sperimentali le prestazioni sembrano davvero buone.
Display OLED indossabili: nuovi interessanti sviluppi
Scienziati e ingegneri devono condurre ricerche approfondite nel campo dell’elettronica indossabile per sviluppare sistemi elettronici intelligenti incentrati su dispositivi flessibili e substrati ultrasottili. Limiti intrinseci dei tradizionali materiali hanno motivato l’uso di materiali semiconduttori alternativi come MoS2 per l’inclusione di transistor a film sottile (TFT) e circuiti logici con prestazioni relativamente elevate. Questi materiali sono noti come dichalcogenides dei metalli di transizione e offrono proprietà elettriche, ottiche e meccaniche uniche per i circuiti backplane dell’elettronica indossabile. I ricercatori hanno recentemente sviluppato transistor MoS2 con applicati colori rosso, verde e blu (RGB), fondamentali per lo sviluppo di display OLED indossabili. In questo lavoro in particolare è stato sviluppato un array TFT MoS2 su vasta area per far funzionare 324 pixel di un display OLED RGB da 2 pollici. Il display OLED RGB era realizzato con diverse caratteristiche optoelettroniche, quindi il team ha progettato i TFT backplane per controllare ogni singolo colore di ogni pixel. L’impostazione sperimentale ha dato risultati promettenti come display OLED indossabile e funzionava correttamente sulla pelle umana senza effetti negativi.
La realizzazione del display OLED indossabile
Il team ha progettato un display OLED indossabile a matrice attiva (AMOLED) su un’area abbastanza ampia con un backplane MoS2 tramite una complessa sequenza di processi. Hanno prima formato un array di transistor a film sottile (TFT) su uno strato di MoS2 molto sottile, quindi hanno depositato i materiali per realizzare il display OLED RGB sul drain dei TFT e hanno rimosso il display completato dal supporto per trasferirlo nella mano umana. Durante il processo, hanno sintetizzato un film MoS2 a doppio strato su un wafer SiO2 / Si da 4 pollici attraverso la deposizione di vapore chimico organico metallico (MOCVD). Quindi hanno rivestito un substrato di polietilene tereftalato (PET) con ossido di alluminio usando la deposizione di strati atomici e trasferito il film MoS2 dal wafer di SiO2 / Si al substrato PET per produrre un array di transistor MoS2 che agirà come struttura di pilotaggio backplane. La struttura risultante viene incapsulata con ossido di alluminio per migliorare i contatti metallici e la mobilità. Il display AMOLED a colori controlla uniformemente i pixel OLED RGB, in cui ciascun pixel si collegava a un dato e una linea di scansione e l’intero circuito del display funziona in un design a matrice attiva. La corrente dei pixel viene controllata in base ai segnali di drain e gate del transistor per modificare la luminosità degli OLED.
L’analisi tecnica
Il team ha esaminato le curve di uscita corrente-tensione per determinare le caratteristiche di drain dei TFT per illustrare la relazione tra la corrente di drain (IDS) e le tensioni di polarizzazione (VDS e VGS). L’omogeneità del film MoS2 sviluppato tramite MOCVD ha permesso un’elevata uniformità per applicazioni di visualizzazione stabili. Le proprietà del dispositivo erano coerenti in tutti i campioni, consentendo al singolo pixel di operare in AMOLED a colori, mentre l’efficienza non diminuiva. Il team ha misurato la massima luminescenza a 460, 530 e 650 nm per gli OLED blu, verde e rosso. A una polarizzazione ripetuta dell’impulso di gate di +10 volt, il display OLED ha mostrato una rapida transizione tra gli stati on e off, sebbene il tempo di risposta fosse limitato dal sistema di misurazione, il tempo di ritardo era breve. La modulazione del gate non si è verificata durante lo stato off e lo stato dei pixel è rimasto stabile, evidenziando l’assenza di perdite del TFT. Il team ha confermato le prestazioni dei singoli pixel RGB utilizzando i transistor e ha integrato un array 18×18 (324 pixel) sul circuito backplane a transistor per formare un display AMOLED a colori. I ricercatori hanno controllato ciascun pixel tramite la matrice di transistor e hanno mantenuto una intensità della luce costante in ogni singolo pixel nei display OLED. I pixel OLED RGB hanno mostrato una luminosità costante e uniforme grazie al controllo stabile del segnale sul gate e dei dati.
Un display OLED davvero indossabile?
La bassa rigidità del dispositivo ultrasottile ha impedito il deterioramento delle proprietà ottiche ed elettriche durante i test di deformazione meccanica, dopo il suo trasferimento su una mano umana. In base alle caratteristiche della tensione-corrente, l’intensità di corrente non è cambiato durante il restringimento della pelle o gli esercizi di allungamento della pelle e nemmeno lo stato di attivazione ha fluttuato durante l’operazione di visualizzazione a matrice attiva. Mentre la stabilità del dispositivo è ancora in fase di sviluppo, il team si prefigge di condurre un’ulteriore progettazione per migliorare il film MoS2 per applicazioni pratiche come display AMOLED a colori e indossabili.
In questo modo, Minwoo Choi e colleghi hanno sviluppato un display AMOLED sottile (da 2 pollici), indossabile e a colori con array 18 x 18 utilizzando TFT backplane basati su MoS2, una tecnologia abbastanza diffusa nel campo dei display. Il team ha controllato l’emissione di luce dei pixel RGB OLED applicando una tensione di gate compresa tra 4 e 9 volt. Hanno usato un substrato di plastica ultrasottile (PET) combinato con materiali semiconduttori 2D per fabbricare direttamente il display OLED sulla matrice di controllo per eccellenti prestazioni elettriche, ottiche e meccaniche. L’obiettivo ora è raffinare questa tecnica per poterla applicare su larga scala in totale sicurezza e con buone prestazioni. Dalla sezione scienze è tutto! Continuate a seguirci!
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