Μια διεθνής ερευνητική συνεργασία με επίκεντρο το πανεπιστήμιο Drexel και το Seoul National University παρουσιάζει μια σημαντική εξέλιξη στις εύκαμπτες, stretchable OLED οθόνες που θα μπορούσαν στο μέλλον να φοριούνται απευθείας στο δέρμα για εφαρμογές, όπως παρακολούθηση ζωτικών σημάτων ή εμφάνιση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο.

Η εργασία δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Nature και δείχνει ότι οι νέες OLED τεχνολογίες μπορούν να γίνουν πολύ πιο αποδοτικές και ανθεκτικές υπό τάση και τέντωμα.

Η καινοτομία βασίζεται στη χρήση νανοϋλικών MXene ως διαφανών, ηλεκτρικά αγώγιμων και πολύ ευέλικτων ηλεκτροδίων, σε συνδυασμό με μια ειδική phosphorescent οργανική στρώση που διατηρεί υψηλή φωτεινότητα ακόμα και όταν η οθόνη τεντώνεται. Το αποτέλεσμα είναι ένα OLED που μπορεί να επεκταθεί σημαντικά χωρίς να χάνει μεγάλο μέρος της φωτεινότητάς του, υπερβαίνοντας πολλούς από τους περιορισμούς των προηγούμενων τεχνολογιών.

Αυτό το είδος οθόνης ανοίγει τον δρόμο για wearable σωληνωτές ή ακόμα και δερματικά ενσωματωμένες οθόνες, που μπορούν να δείχνουν πληροφορίες όπως θερμοκρασία σώματος, ροή αίματος ή άλλες μετρήσεις απευθείας πάνω στο σώμα, χωρίς να χρειάζεται σκληρή ή μεγάλη επιφάνεια.

Πώς επιτυγχάνεται αυτή η απόδοση

Τα οργανικά OLED που χρησιμοποιούνται αυτή τη στιγμή σε smartphones, τηλεοράσεις ή wearable gadgets στηρίζονται σε στρώσεις οργανικών υλικών που εκπέμπουν φως όταν ηλεκτρικό ρεύμα περνά μέσα από αυτές. Η παραδοσιακή πρόκληση με τα ήδη εύκαμπτα OLED ήταν ότι όταν αυτά λυγίζουν ή τεντώνονται πάνω από απλά καμπύλα σχέδια, η απόδοσή τους πέφτει απότομα, καθώς τα υλικά χάνουν επαφή ή η οργάνωση της στρώσης διαταράσσεται.

Στη νέα έρευνα, η ομάδα συνδύασε έναν exciplex-assisted phosphorescent οργανικό στρώση (ExciPh) με πολύ λεπτά, διαφανή ηλεκτρόδια από MXene, μια κατηγορία δύο διαστάσεων νανοϋλικών που έχουν εξαιρετική αγωγιμότητα και μηχανική ελαστικότητα. Η χρήση του ExciPh επιτρέπει υψηλότερη μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας σε φως ακόμα και όταν το υλικό υφίσταται σημαντικό τέντωμα, ξεπερνώντας περιορισμούς που παλιότερα υπήρχαν στη μεταφορά ενέργειας στους emissive στρώσεις.

Τα ηλεκτρόδια MXene δεν είναι μόνο ευέλικτα, αλλά επίσης βελτιώνουν την απόδοση φόρτισης και εκπομπής φωτός λόγω της ιδιαίτερης στιβάδας και της υψηλής ηλεκτρικής τους αγωγιμότητας. Με αυτόν τον συνδυασμό, τα νέα OLED επιτεύγματα δείχνουν ρεκόρ απόδοσης σε πλήρως stretchable μορφή, πολύ πάνω από παλιότερα stretchable σχέδια που είχαν πολύ μικρότερη αποδοτικότητα.

Ένα εντυπωσιακό χαρακτηριστικό της εργασίας είναι ότι η απόδοση του OLED διατηρεί μεγάλο μέρος της φωτεινότητας ακόμα και όταν τεντώνεται, με σταθερή λειτουργία κάτω από πραγματικές συνθήκες τεντώματος και επαναλαμβανόμενων κινήσεων. Αυτό αποτελεί κρίσιμο βήμα ώστε αυτές οι οθόνες να μπορούν να λειτουργούν αξιόπιστα ως wearable electronics.

Τι σημαίνει αυτό για τις οθόνες που φοριούνται στο δέρμα

Ήδη η αγορά των wearable τοποθετούμενων στην επιδερμίδα συσκευών αυξάνεται ραγδαία, με εφαρμογές που περιλαμβάνουν ιατρική παρακολούθηση, fitness trackers και ακόμα διαδραστικά interfaces εντός ρούχων ή απευθείας στον άνθρωπο. Η μεγάλη πρόκληση μέχρι σήμερα ήταν η ανάπτυξη τεχνολογιών που να ενσωματώνουν οθόνες αρκετά ευέλικτες ώστε να προσαρμόζονται στις καμπύλες και τις κινήσεις του σώματος χωρίς να “σπάνε” ή να χάνουν την απόδοσή τους.

Οι νέες MXene OLED δείχνουν ότι αυτό μπορεί να γίνει πραγματικότητα — οριακά προσεγγίζοντας την εμπειρία που θα απαιτούνταν για οθόνες που φοριούνται απευθείας στο δέρμα, είτε σε μορφή λεπτής μεμβράνης είτε ως ενσωματωμένα panels σε έξυπνα ρούχα ή patches. Η ιδέα είναι ότι μια τέτοια τεχνολογία θα μπορούσε να δείχνει πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο, όπως οι μετρήσεις υγείας του χρήστη, με πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και υψηλή φωτεινότητα ακόμα και υπό κίνηση.

Στη βιομηχανία των wearable displays, αυτές οι εξελίξεις θεωρούνται ορόσημο: μέχρι τώρα πολλές λύσεις ήταν περιορισμένες στη δυνατότητα κάμψης ή ελαφρού τύλιγματος, αλλά όχι σε πλήρη έκταση ή ταυτόχρονη κίνηση με υψηλή απόδοση. Αν περάσουν επιτυχώς στο στάδιο της παραγωγής, μπορούμε να δούμε πραγματικά εύκαμπτες, stretchable OLED που λειτουργούν αξιόπιστα τόσο σε οθόνες όσο και σε αισθητήρες πάνω στο σώμα.

Το επόμενο βήμα στην έρευνα είναι να βελτιωθούν περαιτέρω τα χρώματα, η διάρκεια ζωής και η κλιμάκωση της παραγωγής, αλλά η τρέχουσα δουλειά δείχνει καθαρά ότι η τεχνολογία των OLED δεν είναι πια μόνο για smartphones και τηλεοράσεις — πάει πολύ πιο πέρα.

drexel.edu