Avances en pantallas OLED flexibles que se estiran sin perder brillo

La tecnología OLED, utilizada en smartphones flexibles y televisores curvos, ha dado un gran paso adelante con el desarrollo de pantallas que pueden estirarse significativamente sin perder brillo. Este avance proviene de un equipo de investigación internacional liderado por científicos de la Universidad Nacional de Seúl y la Universidad de Drexel, quienes han creado un diseño de OLED que podría ser fundamental para dispositivos portátiles que se colocan directamente sobre la piel.

La investigación, publicada recientemente en la revista Nature, presenta un OLED rediseñado que combina una capa de polímero fosforescente flexible con electrodos transparentes hechos de MXene, un material nanométrico. Esta combinación permite que la pantalla se estire hasta 1.6 veces su longitud original, manteniendo la mayor parte de su brillo.

El Dr. Yury Gogotsi, profesor distinguido en la Facultad de Ingeniería de Drexel, comentó: "Este estudio aborda un desafío de larga data en la tecnología OLED flexible, que es la durabilidad de su luminiscencia después de la flexión mecánica repetida". A pesar de los avances en la creación de diodos emisores de luz flexibles, el progreso se había estancado en la última década debido a las limitaciones impuestas por la capa de conductor transparente.

Las pantallas OLED generan luz mediante un proceso llamado electroluminiscencia. Cuando la electricidad fluye a través del dispositivo, las cargas positivas y negativas se mueven entre los electrodos y atraviesan una capa de polímero orgánico. Cuando estas cargas se encuentran, liberan luz y forman un excitón antes de estabilizarse en un estado eléctrico. Ajustar la composición química de la capa orgánica determina el color de la luz emitida.

Las OLED flexibles se fabrican depositando estas capas sobre sustratos plásticos flexibles, lo que les permite funcionar mientras están dobladas, dobladas o enrolladas. Sin embargo, con el tiempo, se hizo evidente que la flexión repetida causaba una disminución en el brillo y la flexibilidad de las OLED debido a daños graduales en los electrodos y materiales orgánicos.

El Dr. Danzhen Zhang, coautor y investigador postdoctoral en Northeastern University, explicó que "impartir flexibilidad a los materiales conductores generalmente implica incorporar un polímero aislante pero estirable que obstaculiza el transporte de carga y, como resultado, reduce la emisión de luz". Para abordar este problema, se utilizaron electrodos de contacto de MXene, que presentan una alta robustez mecánica y una función de trabajo ajustable, asegurando una inyección eficiente de electrones o huecos.

Para superar estos desafíos, los investigadores rediseñaron la parte emisora de luz del OLED. Su solución utiliza una capa orgánica especializada que aumenta la frecuencia con la que las cargas eléctricas se combinan para formar excitones, lo que lleva a una mayor producción de luz. Este material, denominado capa fosforescente asistida por exciplex (ExciPh), es naturalmente estirable y está diseñado para ajustar los niveles de energía de las cargas en movimiento.

Más del 57% de los excitones creados en la capa ExciPh se convierten en luz, en comparación con el 12-22% de eficiencia de conversión que logran las capas emisivas basadas en polímeros utilizadas en las OLED actuales. Para mejorar aún más la flexibilidad, el equipo incorporó una matriz de elastómero de poliuretano termoplástico en la capa ExciPh y se centró en mejorar el movimiento de las cargas eléctricas a través del dispositivo al rediseñar los electrodos.

Los nuevos electrodos combinan MXene, un nanomaterial bidimensional altamente conductor desarrollado por investigadores de Drexel en 2011, con nanohilos de plata. Juntos, estos materiales forman una red conductora que ayuda a que las cargas eléctricas lleguen a la capa de polímero emisor de luz de manera más eficiente antes de formar excitones.

Utilizando estas mejoras, los investigadores produjeron pantallas OLED verdes flexibles, incluyendo una con forma de corazón y otra que mostraba dígitos numéricos. También construyeron una pantalla OLED completamente estirable y a color utilizando cuatro materiales dopantes dentro de la capa ExciPh. Comparadas con diseños anteriores, las nuevas OLED mostraron un mayor brillo y mejor eficiencia energética.

El Dr. Teng Zhang, coautor y exinvestigador postdoctoral en el laboratorio de Gogotsi, anticipó que el éxito de este enfoque en el diseño de dispositivos optoelectrónicos flexibles y de alta eficiencia permitirá la próxima generación de pantallas portátiles y deformables. Esta tecnología jugará un papel importante en el monitoreo de la salud en tiempo real y en la tecnología de comunicaciones portátiles.

Temas