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Nuevos productos electrónicos, televisores OLED más baratos
Las pantallas de diodos emisores de luz orgánicos (OLED) son energéticamente eficientes y nítidas, pero los altos costos de fabricación han impedido que estén tan disponibles como las pantallas de cristal líquido (LCD), especialmente en dispositivos más grandes como televisores. Un nuevo tipo de electrónica OLED podría ayudar a reducir los costos de fabricación y hacer que la tecnología esté mucho más disponible.
Prueba de transistor: Los portaobjetos de vidrio de esta imagen están estampados con transistores diseñados para controlar pantallas OLED. Las sondas de metal y los cables se utilizan para probar su rendimiento.
No existe una buena solución para fabricar dispositivos electrónicos OLED que se puedan escalar de manera económica, dice Andrew Rinzler , profesor de física en la Universidad de Florida. Rinzler dirigió el trabajo de desarrollo de un tipo de electrónica para OLED que espera proporcione esa solución. El trabajo fue financiado en parte por la firma de capital riesgo Nano Holdings .
Los píxeles de las pantallas OLED utilizan transistores para estimular moléculas orgánicas, que luego emiten diferentes colores de luz. Las pantallas OLED no necesitan los filtros que desperdician luz que hacen que las pantallas LCD consuman tanta energía. Pero las pantallas LCD dominan el mercado en gran parte porque las matrices de transistores de silicio amorfo que se utilizan para controlar las pantallas LCD se pueden hacer en áreas tan grandes como la puerta de un garaje para un solo automóvil y luego se cortan en trozos más pequeños para hacer pantallas para televisores y otros dispositivos. La fabricación a esta escala ayuda a mantener bajos los costos.
Los fabricantes de pantallas OLED no pueden usar la misma electrónica porque cambiar los píxeles en un OLED requiere corrientes relativamente altas que queman rápidamente los transistores de silicio amorfo. En cambio, las pantallas OLED actuales se basan en matrices de transistores de silicio policristalino más caras. La pantalla OLED más grande del mercado (en Europa, pero aún no disponible en los EE. UU.) Es un modelo de 15 pulgadas fabricado por LG. Se vende por poco más de $ 2,300; el mismo tamaño de TV LCD cuesta menos de $ 200.
En teoría, la electrónica OLED más económica podría fabricarse utilizando materiales orgánicos para la electrónica y los píxeles. Los transistores fabricados con semiconductores orgánicos proporcionan las altas corrientes necesarias para impulsar los píxeles OLED. Pero los electrones se mueven lentamente a través de los transistores orgánicos convencionales, lo que da como resultado una pantalla que no actualiza la imagen lo suficientemente rápido. Para acelerar estos transistores, los ingenieros han modificado el diseño, reduciendo los componentes para acercar los electrodos fuente y de drenaje y hacer que el canal sea más pequeño. Esto hace que el dispositivo sea más rápido porque los electrones no tienen que viajar tan lejos a través del material orgánico que forma el canal, que no puede conducir los electrones muy rápido. Pero la fabricación de dispositivos de alta resolución requiere costosas técnicas de litografía.
Un método menos costoso, desarrollado por Rinzler y sus colegas, es acercar los electrodos fuente y de drenaje de un transistor apilando los componentes uno encima del otro en lugar de uno al lado del otro. El grupo de Rinzler, que incluía a los estudiantes graduados Mitchell McCarthy y Bo Liu, fabricó estos transistores depositando una película de aluminio sobre un sustrato de vidrio para que actuara como electrodo de puerta, y luego oxidándolo para crear una fina capa aislante en la parte superior. A continuación, los investigadores depositaron una capa ultrafina y diluida de nanotubos de carbono para que actuaran como electrodo fuente, seguida de una capa de materiales orgánicos para actuar como canal y, finalmente, una capa superior de oro como electrodo de drenaje. Cada una de estas películas es muy delgada, lo que permite un buen rendimiento sin la necesidad de técnicas de litografía de alta resolución, dice Rinzler.
Los nuevos dispositivos electrónicos de Rinzler, descritos en línea en la revista Nano letras , también funcionan a una décima parte del voltaje de la electrónica OLED convencional, lo que ahorra energía. Los investigadores de Florida aún no han creado pantallas OLED de gran área impulsadas por matrices de transistores verticales, pero Rinzler dice que los transistores operan a la corriente y voltaje adecuados para hacerlo. Si bien los investigadores hasta ahora han estado haciendo estas matrices en vidrio, las técnicas utilizadas para hacerlas son compatibles con sustratos flexibles y podrían usarse para hacer pantallas OLED flexibles.
La estructura electrónica vertical fue propuesta por primera vez en 1994 por Para contactar a Yang , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de California, Los Ángeles, y Alan Heeger , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de California, Santa Bárbara. Heeger compartió el 2000 Premio Nobel de Química para el descubrimiento y desarrollo de polímeros conductores como los que se utilizan en el nuevo dispositivo. A mediados de la década de 1990, Yang y Heeger comenzaron a desarrollar estos dispositivos a través de una empresa llamada UNIAX que posteriormente fue adquirida por DuPont. Cuando los dos hicieron su trabajo original, el rendimiento de los materiales disponibles no era tan bueno como lo es hoy.
Los nanotubos de carbono no estaban disponibles en 1994, dice Yang. En el dispositivo de Rinzler, dice, la fina capa de nanotubos permite muy poca fuga de corriente, un problema que agotaba la energía de los diseños anteriores. Los dispositivos de Florida también cambian mucho más rápido de lo que era posible en el pasado. Hicieron un excelente trabajo al hacer que el dispositivo funcionara mucho mejor. Estoy seguro de que este artículo tendrá un impacto importante en la electrónica orgánica, dice.
Rinzler ahora está trabajando para simplificar la arquitectura de la pantalla OLED con la esperanza de reducir aún más los costos de fabricación y la complejidad. En lugar de construir un píxel emisor de luz junto a los transistores, Rinzler quiere construir transistores orgánicos de baja potencia que emitan luz ellos mismos. Su grupo ha demostrado que es posible fabricar transistores orgánicos emisores de luz si los materiales activos son electroluminiscentes, pero estos transistores solo funcionan a altos voltajes, lo que los hace poco prácticos. Rinzler cree que la arquitectura vertical basada en electrodos de nanotubos podría mejorar en gran medida la eficiencia de estos dispositivos.