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Nuova elettronica, televisori OLED più economici
I display a diodi organici a emissione di luce (OLED) sono efficienti dal punto di vista energetico e nitidi, ma gli elevati costi di produzione hanno impedito loro di essere ampiamente disponibili come i display a cristalli liquidi (LCD), specialmente in dispositivi più grandi come i televisori. Un nuovo tipo di elettronica OLED potrebbe aiutare a ridurre i costi di produzione e rendere la tecnologia molto più ampiamente disponibile.
Prova del transistor: I vetrini in questa immagine sono modellati con transistor progettati per pilotare display OLED. Le sonde ei fili metallici vengono utilizzati per testare le loro prestazioni.
Non esiste una buona soluzione per realizzare componenti elettronici OLED che possano essere scalati in modo economico, afferma Andrew Rinzler , professore di fisica all'Università della Florida. Rinzler ha guidato il lavoro sullo sviluppo di un tipo di elettronica per gli OLED che spera possa fornire tale soluzione. Il lavoro è stato finanziato in parte dalla società di venture capital Nano Holdings .
I pixel nei display OLED utilizzano i transistor per stimolare le molecole organiche, che quindi emettono diversi colori di luce. I display OLED non hanno bisogno dei filtri per la dispersione della luce che rendono gli LCD così divoratori di energia. Ma gli LCD dominano il mercato in gran parte perché gli array di transistor in silicio amorfo utilizzati per pilotare gli LCD possono essere realizzati su aree grandi come una porta di garage per auto e quindi tagliati in pezzi più piccoli per creare display per TV e altri dispositivi. La produzione su questa scala aiuta a contenere i costi.
I produttori di display OLED non possono utilizzare la stessa elettronica perché la commutazione dei pixel in un OLED richiede correnti relativamente elevate che bruciano rapidamente i transistor in silicio amorfo. Invece, i display OLED di oggi sono costruiti su array di transistor in silicio policristallino più costosi. Il display OLED più grande sul mercato (in Europa, ma non ancora disponibile negli Stati Uniti) è un modello da 15 pollici prodotto da LG. Vende per poco più di $ 2.300; la stessa TV LCD di dimensioni costa meno di $ 200.
L'elettronica OLED meno costosa potrebbe, in teoria, essere realizzata utilizzando materiali organici per l'elettronica e per i pixel. I transistor realizzati utilizzando semiconduttori organici forniscono le elevate correnti necessarie per pilotare i pixel OLED. Ma gli elettroni si muovono lentamente attraverso i transistor organici convenzionali, il che si traduce in un display che non aggiorna l'immagine abbastanza velocemente. Per velocizzare questi transistor, gli ingegneri hanno modificato il design, riducendo i componenti per avvicinare gli elettrodi di source e drain e rendere il canale più piccolo. Ciò rende il dispositivo più veloce perché gli elettroni non devono viaggiare così lontano attraverso il materiale organico che costituisce il canale, che non può condurre gli elettroni molto velocemente. Ma realizzare dispositivi così ad alta risoluzione richiede costose tecniche di litografia.
Un metodo meno costoso, sviluppato da Rinzler e colleghi, consiste nell'avvicinare gli elettrodi di source e drain di un transistor impilando i componenti uno sopra l'altro invece che uno accanto all'altro. Il gruppo di Rinzler, compresi gli studenti laureati Mitchell McCarthy e Bo Liu, ha realizzato questi transistor depositando una pellicola di alluminio su un substrato di vetro che fungesse da elettrodo di gate, quindi ossidandolo per creare un sottile strato isolante sulla parte superiore. Successivamente i ricercatori hanno depositato uno strato ultrasottile e diluito di nanotubi di carbonio per fungere da elettrodo di origine, seguito da uno strato di materiali organici per fungere da canale e infine uno strato superiore d'oro come elettrodo di drenaggio. Ciascuno di questi film è molto sottile, consentendo buone prestazioni senza la necessità di tecniche di litografia ad alta risoluzione, afferma Rinzler.
I nuovi dispositivi elettronici di Rinzler, descritti online sulla rivista Nano lettere , funzionano anche a un decimo della tensione dell'elettronica OLED convenzionale, risparmiando energia. I ricercatori della Florida non hanno ancora realizzato display OLED di grandi dimensioni guidati da array di transistor verticali, ma Rinzler afferma che i transistor funzionano a corrente e tensione adeguate per farlo. Sebbene i ricercatori abbiano finora realizzato questi array su vetro, le tecniche utilizzate per realizzarli sono compatibili con substrati flessibili e potrebbero essere utilizzate per realizzare display OLED flessibili.
La struttura elettronica verticale è stata proposta per la prima volta nel 1994 da Per contattare Yang , professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università della California, Los Angeles, e Alan Heeger , professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università della California, Santa Barbara. Heeger ha condiviso il Premio Nobel 2000 per la chimica per la scoperta e lo sviluppo di polimeri conduttivi come quelli utilizzati nel nuovo dispositivo. A metà degli anni '90, Yang e Heeger hanno iniziato a sviluppare questi dispositivi attraverso una società chiamata UNIAX che è stata successivamente acquisita da DuPont. Quando i due hanno svolto il loro lavoro originale, le prestazioni dei materiali disponibili non erano buone come oggi.
I nanotubi di carbonio non erano disponibili nel 1994, afferma Yang. Nel dispositivo di Rinzler, dice, il sottile strato di nanotubi consente una dispersione di corrente molto ridotta, un problema che ha drenato energia dai progetti precedenti. I dispositivi Florida cambiano anche molto più velocemente di quanto fosse possibile in passato. Hanno fatto un ottimo lavoro nel far funzionare il dispositivo molto meglio. Sono sicuro che questo documento avrà un impatto importante sull'elettronica organica, afferma.
Rinzler sta ora lavorando per semplificare l'architettura del display OLED nella speranza di ridurre ulteriormente i costi e la complessità di produzione. Invece di costruire un pixel emettitore di luce accanto ai transistor, Rinzler vuole costruire transistor organici a bassa potenza che emettono luce da soli. Il suo gruppo ha dimostrato che è possibile realizzare transistor organici a emissione di luce se i materiali attivi sono elettroluminescenti, ma questi transistor funzionano solo ad alte tensioni, il che li rende poco pratici. Rinzler ritiene che l'architettura verticale basata su elettrodi di nanotubi potrebbe migliorare notevolmente l'efficienza di questi dispositivi.