Công nghệ màn hình OLED hoàn toàn mới

Loại vật liệu mới này được tạo ra bằng cách kết hợp kiến thức từ nhiều lĩnh vực khác nhau - chẳng hạn như mô hình nguyên tử của polyme mới và huỳnh quang trễ kích hoạt bằng nhiệt, cho phép phát xạ ánh sáng hiệu quả cao.

Vật liệu có thể kéo dài mà không làm gián đoạn khả năng phát ra ánh sáng và hiển thị hình ảnh rõ nét.

Nhóm nhà nghiên cứu đang nghiên cứu những phát triển tiếp theo - bao gồm các màu sắc bổ sung cũng như hiệu quả và hiệu suất được cải thiện. Hãy tưởng tượng một màn hình kỹ thuật số mỏng, linh hoạt đến mức bạn có thể quấn nó quanh cổ tay, gập nó theo bất kỳ hướng nào hoặc uốn cong nó trên vô lăng ô tô của bạn.

Nhóm nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker (PME) thuộc Đại học Chicago (Mỹ) vừa thiết kế một loại vật liệu như vậy. Sihong Wang, phó giáo sư kỹ thuật phân tử Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker (PME) thuộc Đại học Chicago (Mỹ), cho biết: “Một trong những thành phần quan trọng nhất của gần như mọi thiết bị điện tử tiêu dùng mà chúng ta sử dụng ngày nay là màn hình và chúng tôi kết hợp kiến thức từ nhiều lĩnh vực khác nhau để tạo ra một công nghệ hiển thị hoàn toàn mới”.

Juan de Pablo, Giáo sư Kỹ thuật Phân tử, nói thêm: “Đây là loại vật liệu mà bạn cần để cuối cùng có thể phát triển màn hình linh hoạt thực sự. Công việc này thực sự mang tính nền tảng và tôi hy vọng nó sẽ cho phép nhiều công nghệ mà chúng tôi chưa từng nghĩ tới”.

Vật liệu hiển thị kỹ thuật số linh hoạt, co giãn, phát sáng kiểu huỳnh quang, với những ứng dụng tiềm năng trong thiết bị điện tử đeo được và màn hình gập.

Polyme linh hoạt, phát sáng

Màn hình trên hầu hết điện thoại thông minh cao cấp - cũng như ngày càng nhiều TV - sử dụng OLED (đi-ốt phát quang hữu cơ), công nghệ này kẹp các phân tử hữu cơ nhỏ giữa các dây dẫn. Khi một dòng điện được bật, các phân tử nhỏ sẽ phát ra ánh sáng rực rỡ. Công nghệ này tiết kiệm năng lượng hơn so với màn hình LED và LCD cũ và được khen ngợi vì hình ảnh sắc nét. Tuy nhiên, các khối xây dựng phân tử của OLED có liên kết hóa học chặt chẽ và cấu trúc cứng.

Wang nói: “Vật liệu hiện đang được sử dụng trong các màn hình OLED tiên tiến này rất giòn, chúng không có khả năng co giãn. Mục tiêu của chúng tôi là tạo ra thứ gì đó duy trì sự phát quang điện của OLED nhưng bằng polyme có thể co giãn”. Wang và De Pablo biết cần phải làm gì để đưa tính co giãn vào vật liệu - polyme dài với chuỗi phân tử có thể uốn cong - và cũng biết cấu trúc phân tử nào cần thiết để một vật liệu hữu cơ phát ra ánh sáng rất hiệu quả.

Họ bắt đầu tạo ra polyme mới tích hợp cả hai đặc tính. De Pablo giải thích: “Chúng tôi đã có thể phát triển các mô hình nguyên tử của polyme mới được quan tâm và với những mô hình này, chúng tôi mô phỏng điều gì xảy ra với các phân tử này khi bạn kéo chúng lên và cố gắng bẻ cong chúng. Bây giờ chúng tôi đã hiểu tính chất này ở cấp độ phân tử. Chúng tôi có một khuôn khổ để thiết kế vật liệu mới, trong đó tính linh hoạt và phát quang được tối ưu hóa”.

Được trang bị các dự đoán tính toán cho polyme điện phát quang linh hoạt mới, họ đã chế tạo một số nguyên mẫu. Đúng như mô hình đã dự đoán, vật liệu mềm dẻo, có thể co giãn, sáng, bền và tiết kiệm năng lượng.

Một tính năng quan trọng trong thiết kế là sử dụng huỳnh quang bị trì hoãn kích hoạt bằng nhiệt cho phép vật liệu chuyển đổi năng lượng điện thành ánh sáng theo cách hiệu quả cao. Cơ chế thế hệ thứ ba này dành cho bộ phát hữu cơ có thể cung cấp vật liệu có hiệu suất ngang bằng với công nghệ OLED thương mại.

Tầm nhìn cho thiết bị điện tử đeo được

Wang trước đây đã phát triển các chip điện toán mô phỏng thần kinh có thể co giãn, thu thập và phân tích dữ liệu sức khỏe trên một loại Band-Aid linh hoạt. Giờ đây, khả năng tạo màn hình co giãn bổ sung vào bộ công cụ đang phát triển dành cho thiết bị điện tử đeo được thế hệ tiếp theo. Loại vật liệu có thể uốn cong phát ra ánh sáng không chỉ được sử dụng để hiển thị thông tin mà còn có thể được tích hợp vào cảm biến đeo được cần ánh sáng.

Chẳng hạn, cảm biến đo lượng oxy trong máu và nhịp tim thường chiếu ánh sáng qua mạch máu để cảm nhận lưu lượng máu. Vật liệu phát sáng uốn cong cuối cùng cũng có thể được tích hợp vào thiết bị cấy ghép - chẳng hạn như những thiết bị sử dụng ánh sáng để kiểm soát hoạt động của các tế bào thần kinh trong não (loại quang di truyền này hiện chỉ được sử dụng trong thí nghiệm trên động vật để hiểu rõ hơn về não và các bệnh về não).

Wang nói: “Chúng tôi kết hợp kiến thức từ nhiều lĩnh vực khác nhau để tạo ra một công nghệ hiển thị hoàn toàn mới. Ước mơ là tạo ra tất cả các thành phần thiết yếu cho một hệ thống điện tử đeo được hoàn chỉnh, từ cảm biến đến xử lý đến hiển thị thông tin. Có được vật liệu phát sáng có thể co giãn này là một bước nữa hướng tới giấc mơ đó”. Nhóm có kế hoạch phát triển các phiên bản mới của màn hình trong tương lai, tích hợp một số màu bổ sung vào huỳnh quang và cải thiện hiệu quả cũng như hiệu suất. Mục tiêu là đạt được mức hiệu suất tương tự như những công nghệ thương mại hiện có.

Trang Thuần (Tổng hợp)