در سال‌های اخیر، فناوری‌های تولید نمایشگر، پیشرفت چشمگیری داشته و دانشمندان به سمت توسعه نمایشگرهای انعطاف‌پذیر و کشسان حرکت کرده‌اند. نمایشگرهای کشسان نه‌تنها در حوزه دستگاه‌های پوشیدنی، بلکه در بسیاری از کاربردهای صنعتی، پزشکی و فناوری‌های هوشمند آینده، نقش کلیدی ایفا می‌کنند. با این‌حال، ساخت نمایشگرهایی که بتوانند در برابر تغییر شکل، خم‌شدن و کشیده‌شدن مقاوم باشند، چالشی اساسی محسوب می‌شود. گروهی از دانشمندان کره جنوبی به سرپرستی پروفسور کیم دائه-هیونگ از مرکز تحقیقات نانوذرات در مؤسسه علوم پایه (IBS)، موفق به ارائه رویکردی جدید در توسعه نمایشگرهای کشسان شده‌اند. این تیم تحقیقاتی، دیودهای نورگسیل مبتنی بر نقاط کوانتومی (QLED) با قابلیت کشسانی ذاتی را معرفی کرده‌اند. یافته‌های این پژوهش در مجله معتبر Nature Electronics منتشر شده است.
چالش‌های توسعه نمایشگرهای کشسان و ضرورت نوآوری در این حوزه
با پیشرفت سریع فناوری‌های نمایشگر، تلاش‌های متعددی برای ساخت نمایشگرهای کاملاً کشسان صورت گرفته است. نمایشگرهای سنتی به دلیل استفاده از اجزای سخت و غیرقابل انعطاف، محدودیت‌های زیادی در دستیابی به این قابلیت دارند. از این رو، نیاز به مواد و طراحی‌های جدیدی که بتوانند در حین کشیده شدن عملکرد خود را حفظ کنند، به‌شدت احساس می‌شود. چنین پیشرفت‌هایی برای کاربردهایی مانند دستگاه‌های پوشیدنی و فناوری‌های رابط تطبیق‌پذیر حیاتی هستند.
بیشتر نمایشگرهای انعطاف‌پذیر امروزی مبتنی بر دیودهای نورگسیل آلی (OLED) هستند که از مواد آلی برای تولید نور استفاده می‌کنند. با این‌حال، OLEDها محدودیت‌هایی همچون روشنایی پایین و مشکلات مربوط به خلوص رنگ دارند. در مقابل، نمایشگرهای مبتنی بر نقاط کوانتومی (QLEDs) از کیفیت رنگ بالا، روشنایی برتر و طول عمر بیشتر برخوردار هستند و گزینه‌ای مطلوب برای کاربران محسوب می‌شوند.
چالش‌های توسعه نمایشگرهای کشسان مبتنی بر نقاط کوانتومی
با وجود مزایای نمایشگرهای QLED، چالش اصلی در توسعه نسخه‌های انعطاف‌پذیر آن‌ها، به ماهیت نقاط کوانتومی یا QDها بازمی‌گردد. نقاط کوانتومی، که نانوذرات معدنی صفر بعدی محسوب می‌شوند، به‌صورت ذاتی خاصیت کشسانی ندارند. برخی تلاش‌ها برای ترکیب این نقاط با مواد الاستومری جهت تولید مواد نورگسیل و انعطاف‌پذیر انجام شده است، اما این رویکردها با مشکلاتی روبه‌رو بوده‌اند. خاصیت عایق‌بودن الاستومرها باعث کاهش تزریق الکترون‌ها و حفره‌ها به نقاط کوانتومی شده و کارایی الکترولومینسانس را کاهش می‌دهد.
نوآوری‌های IBS برای حل این مشکلات
برای غلبه بر این محدودیت‌ها، محققان IBS رویکرد نوینی ارائه کرده‌اند. در این پژوهش، یک ماده سوم در ترکیب افزوده شده که انتقال بار به نقاط کوانتومی را بهبود می‌بخشد. به‌ویژه، استفاده از پلیمر نیمه‌هادی نوع p به نام TFB باعث افزایش کشسانی دستگاه و بهینه‌سازی تزریق حفره‌ها شده است. همچنین، این ماده تعادل بهتری میان تزریق الکترون و حفره ایجاد کرده و موجب بهبود عملکرد دستگاه شده است.
یکی از جنبه‌های قابل‌توجه این نانومرکب سه‌جزئی، ساختار داخلی منحصربه‌فرد آن است که طی آن جداشدگی فازی صورت گرفته و جزایر غنی از TFB در پایین و نقاط کوانتومی در ماتریس SEBS-g-MA در لایه بالایی قرار گرفته‌اند. این ساختار خاص باعث کاهش نواحی خاموشی اگزیتونی و افزایش بهره تزریق حفره‌ها شده و عملکرد دستگاه را بهینه می‌کند.
دستاوردهای کلیدی تحقیق
پس از انتخاب و مهندسی دقیق مواد، پژوهشگران IBS موفق به تولید QLEDهای کشسان با روشنایی بالا (15170 cd/m2) و ولتاژ آستانه پایین(3.2 ولت) شدند. این مقدار روشنایی، بالاترین میزان در میان LEDهای کشسان است. همچنین، آزمایش‌ها نشان داده‌اند که این دستگاه حتی تحت اعمال نیروی زیاد دچار آسیب نمی‌شود.
جالب‌تر اینکه حتی در کشیدگی تا 1.5 برابر اندازه اولیه، فاصله بین نقاط کوانتومی داخل دستگاه تغییر محسوسی نداشته است. به عنوان نمونه، اگر یک تلویزیون QLED با اندازه 20 اینچ از این فناوری ساخته شود، می‌تواند بدون کاهش کیفیت عملکرد تا 30 اینچ کشیده شود.
پروفسور کیم دونگ-چان، یکی از نویسندگان اصلی این پژوهش، اعلام کرده است که: "تیم تحقیقاتی ما همچنین یک فناوری پیشرفته برای الگو‌دهی با وضوح بالا را توسعه داده است که می‌توان آن را در لایه‌های کشسان نانوذرات کوانتومی نورگسیل به‌کار برد. ترکیب این فناوری الگو‌دهی با مواد نورگسیل، امکان ساخت LEDهای RGB و کاربردهای پیچیده‌ای مانند آرایه‌های ماتریس غیرفعال را فراهم می‌کند."
چشم‌انداز آینده: گامی به‌سوی نمایشگرهای کاملاً کشسان
این پژوهش نه‌تنها برتری عملکرد نقاط کوانتومی در نمایشگرهای کشسان را اثبات می‌کند، بلکه جهت‌گیری جدیدی برای بهبود بیشتر این فناوری ارائه می‌دهد. تحقیقات آینده روی بهینه‌سازی بهره تزریق بار و افزایش کشسانی در تمام لایه‌های دستگاه، متمرکز خواهد شد.
این یافته‌ها اساس توسعه نسل جدیدی از فناوری QLED را بنا نهاده و آینده‌ای را نوید می‌دهند که در آن نمایشگرها نه‌تنها انعطاف‌پذیر، بلکه کاملاً کشسان خواهند بود. این تحول، افق‌های جدیدی برای دستگاه‌های پوشیدنی و فناوری‌های پیشرفته نمایشگر خواهد گشود.
منبع: مجله Nature Electronics