Display OLED indossabili: si portano sulla pelle | Tecnologia

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 (I_DS) e le tensioni di polarizzazione (V_DS e V_GS). 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!