Hoy puedes comprar un teléfono inteligente con pantalla plegable. Mañana podríamos tener una pantalla de estiramiento
Motorola presentó el primer teléfono móvil portátil hace casi medio siglo. Tenía aproximadamente el tamaño de un ladrillo y pesaba tanto como medio ladrillo. Diez años más tarde, apareció el primer teléfono móvil comercial sobre su base. Él también parecía incómodo, pero permitió que el propietario enviara y recibiera llamadas sobre la marcha, lo cual era nuevo en ese momento. Desde entonces, los teléfonos móviles han adquirido muchas otras funciones. Ahora procesan mensajes de texto, navegan por la web, reproducen música, toman fotos y videos, los muestran en la pantalla, muestran su ubicación en un mapa, no hay nada que contar. Las posibilidades de su aplicación fueron más allá de los sueños que existían en el momento de su aparición.
Pero a pesar de toda su versatilidad, los teléfonos inteligentes todavía luchan con un defecto fundamental: sus pantallas son demasiado pequeñas. Sí, algunos teléfonos hacen más para agrandar la pantalla. Sin embargo, si el teléfono se vuelve demasiado grande, ya no cabe en su bolsillo, lo que no será deseable para muchos.
La solución obvia es hacer que la pantalla sea plegable como una billetera. Durante muchos años, en la Universidad Nacional de Seúl hemos estado desarrollando la tecnología adecuada. Lo mismo han hecho los fabricantes de teléfonos inteligentes, que solo han podido llevar esta tecnología al mercado en los últimos años.
Sin duda, las mamparas plegables se extenderán más rápido pronto. Algunos de tus familiares o amigos tendrán uno, tras lo cual te preguntas: ¿cómo es posible que la pantalla se doble? Decidimos explicar cómo funciona esta tecnología para prepararlo para el momento en que vea un teléfono con una pantalla grande, brillante y flexible en su bolsillo. Sin mencionar que cuando las pantallas se pueden estirar y doblar, habrá muchos dispositivos electrónicos más radicales.
Los investigadores han estado tratando seriamente con pantallas flexibles durante aproximadamente dos décadas. Pero durante muchos años estos proyectos permanecieron en fase de investigación. En 2012, Bill Liu y varios otros ex alumnos de Stanford decidieron llevar pantallas flexibles al mercado al fundar Royole Corp.
Libro cerrado: finales de 2018 Royole Corp. desarrolló el primer teléfono inteligente comercial de pantalla plegable, FlexPai. Se pliega para que parte de la pantalla quede visible desde el exterior.
A fines de 2018, Royole presentó el dispositivo FlexPai con una pantalla flexible que se despliega en algo parecido a una tableta. La empresa demostró cómo una pantalla plegable puede soportar 200.000 ciclos de plegado y es bastante resistente, con un radio de solo 3 mm. Sin embargo, este no era un producto comercial, sino solo un prototipo. Por ejemplo, una reseña de The Verge lo calificó de "encantadoramente horrible".
Poco después, los dos mayores fabricantes de teléfonos inteligentes, Samsung y Huawei, comenzaron a ofrecer sus propios modelos plegables. Samsung Mobile anunció oficialmente el Galaxy Folden febrero de 2019. Tiene dos pantallas plegables con un radio de plegado de solo 1 mm, lo que permite que el teléfono se pliegue para que la pantalla permanezca adentro. En el mismo mes, Huawei anunció su compañero en la X . El Mate X tiene un grosor de 11 mm cuando está plegado y tiene una pantalla en el exterior (como el FlexPai) y tiene un radio de plegado de aproximadamente 5 mm. En febrero de este año, ambas compañías mostraron sus segundos modelos plegables: Samsung Galaxy Z Flip y Huawei Mate Xs / 5G.
Naturalmente, lo más difícil en estos teléfonos fue hacer las pantallas ellos mismos. Era necesario reducir el grosor de la pantalla plegable para minimizar la carga sobre ella cuando estaba plegada. La industria de los teléfonos inteligentes acaba de descubrir cómo hacer esto. Proveedores de pantallas como Samsung Displayy Beijing BOE Technology Group Co. ya están produciendo pantallas plegables.
Se trata de pantallas AMOLED (diodos emisores de luz orgánicos de matriz activa), como las que se utilizan en los smartphones convencionales. Sin embargo, en lugar de fabricar pantallas como de costumbre sobre un sustrato de vidrio rígido, las empresas utilizan un polímero delgado y flexible. Alberga la parte posterior de la pantalla, una capa que contiene muchos transistores de película delgada que controlan píxeles individuales. Tiene una capa de amortiguación incorporada para evitar que se agriete cuando la pantalla está doblada.
Aunque las pantallas flexibles de este diseño se encuentran cada vez más en teléfonos y otros dispositivos de consumo, los estándares asociados con ellos y el lenguaje que los describe aún están en proceso. Como mínimo, pueden describirse utilizando el radio de curvatura de curvatura. Una pantalla adaptable no se dobla mucho, una pantalla enrollable tiene un grado medio de flexibilidad y una pantalla plegable tiene un radio de curvatura bastante pequeño.
Dado que cualquier material, ya sea la pantalla de un teléfono inteligente o una hoja de metal, se somete a tensión en el exterior del pliegue y compresión en el interior, la electrónica de la pantalla debe resistir estas tensiones y deformaciones. La forma más fácil de minimizar estas fuerzas es acercando las superficies exterior e interior de la pantalla, en otras palabras, haciéndola lo más delgada posible.
Para hacer la pantalla lo más delgada posible, los desarrolladores están abandonando la película protectora y la película polarizadora, que generalmente se pegan a las pantallas, y una capa de pegamento entre ellas. Esta no es una solución ideal, pero aún así una película protectora y una capa antirreflectante polarizante son componentes opcionales para una pantalla AMOLED. Tal pantalla genera luz desde el interior y no cambia la luz emitida por una luz de fondo LED, como lo hacen las pantallas de cristal líquido.
Otra diferencia entre una pantalla flexible y una pantalla convencional es que los electrodos conductores transparentes corren a ambos lados de los materiales orgánicos emisores de luz, a través de los cuales los píxeles emiten luz. Por lo general, este papel lo desempeña el óxido de indio y estaño (ITO). Sin embargo, ITO es frágil, por lo que no debe usarse en pantallas flexibles. Peor aún, ITO se adhiere mal a sustratos de polímero flexible, deformaciones y escamas cuando se comprime.
Combatiendo este problema hace una década, los investigadores han ideado otras estrategias para mejorar la adhesión de los ITO a sustratos flexibles. Uno de ellos es tratar el sustrato con plasma de oxígeno antes de pegar el electrodo ITO. Otra es insertar una fina capa de metal (como plata) entre el electrodo y el sustrato. También ayuda a colocar la parte superior del calco subyacente justo en el medio del gráfico circular. Entonces, la frágil interfaz de la capa ITO cae sobre el plano mecánicamente neutro de la pantalla, que no sufre compresión ni estiramiento durante la flexión. Hasta ahora, las principales empresas de biombos electrónicos están utilizando esta estrategia.
Puede hacerlo aún más fácil y deshacerse por completo de los electrodos ITO. Esto aún no se ha hecho en dispositivos comerciales, pero la estrategia parece ser beneficiosa independientemente de la flexibilidad de las pantallas. El hecho es que el indio es tóxico y caro, por lo que idealmente es mejor no usarlo. Afortunadamente, a lo largo de los años de investigación, los científicos, incluidos nosotros dos, hemos recogido otros materiales que pueden funcionar como electrodos transparentes en pantallas flexibles.
El candidato más prometedor es una película flexible con nanocables de plata. La malla de estos diminutos cables conduce la electricidad sin dejar de ser casi completamente transparente. Se puede crear de forma económica agregando una solución que contenga nanocables de plata a un sustrato, como cuando se imprime con tinta sobre papel.
En 2019, Huawei presentó una línea de teléfonos con pantalla flexible. La foto muestra el teléfono Mate Xs.
Gran parte de la investigación sobre nanocables de plata se ha centrado en reducir la resistencia en la intersección de cables individuales. Esto se puede hacer, por ejemplo, agregándoles otras sustancias. O puede procesar físicamente la capa de nanocables, calentándola o aplicando tal corriente para que las intersecciones se suelden entre sí. O puede sellarlo en caliente, tratarlo con plasma o irradiarlo. El método que funcione mejor depende principalmente del sustrato sobre el que se aplica la capa. El sustrato de polímero se deforma demasiado cuando se calienta. Este es, por ejemplo, un polímero como el tereftalato de polietileno.a partir de los cuales se fabrican recipientes transparentes para alimentos. La poliimida no es tan sensible al calor, pero su tinte amarillento perturba la transparencia de la capa.
Los nanocables metálicos no son la única opción de reemplazo de ITO para fabricar electrodos transparentes. Luego está el grafeno, una forma especial de carbono en la que los átomos se alinean en panales bidimensionales. El grafeno no alcanza la conductividad y la transparencia de ITO, pero resiste la flexión mejor que cualquier otro material de visualización flexible considerado en la actualidad. Y la escasa conductividad del grafeno se puede mejorar combinándolo con un polímero conductor o agregándole ácido nítrico o cloruro de oro.
Otra posibilidad es el uso de polímeros conductores. El ejemplo principal es el poli (3,4-etilendioxitiofeno) con la adición de ácido poliestireno sulfónico. Este nombre complejo generalmente se reemplaza por la abreviatura PEDOT: PSS . Dichos polímeros se disuelven en agua, de modo que se pueden imprimir o centrifugar electrodos transparentes y delgados. Los aditivos químicos adecuados pueden mejorar significativamente la flexibilidad de dicho polímero conductor e incluso hacerlo extensible. La selección cuidadosa de aditivos también mejora la luz por unidad de corriente: la pantalla puede ser más brillante que las producidas con ITO.
Hasta ahora, las pantallas OLED utilizadas en teléfonos móviles, monitores y televisores se fabrican en la siguiente secuencia. El sustrato se coloca en un ambiente de vacío, el material orgánico a agregar se evapora y se utilizan máscaras metálicas para controlar la deposición del material. Resulta algo así como la serigrafía de alta tecnología. Pero estas máscaras metálicas con dibujos finos son difíciles de fabricar y gran parte del material se desperdicia, lo que hace que la fabricación de pantallas grandes sea cara.
Ha surgido una alternativa interesante al proceso de producción de este tipo de pantallas: la impresión por inyección de tinta. El material orgánico aplicado se disuelve en el líquido y luego se aplica al sustrato donde sea necesario. Forma píxeles, después de lo cual se calienta para evaporar la solución restante. Esta táctica está siendo probada por DuPont, Merck, Nissan Chemical Corp. y Sumitomo, aunque la eficiencia y confiabilidad de los dispositivos resultantes aún están lejos de ser deseadas. Pero si tienen éxito, el costo de fabricación de pantallas se reducirá significativamente.
Samsung también presentó su línea de teléfonos con pantalla flexible en 2019. En la foto: Galaxy Fold.
Los fabricantes de pantallas pequeñas para teléfonos inteligentes tienen una prioridad aún mayor que reducir los costos: reducir el consumo de energía. Los OLED resultan cada vez menos voraces con el tiempo, pero cuanto más, más difícil es reducir el consumo de energía del nivel actual de 6 mW por centímetro cuadrado. Esto es especialmente frustrante para los teléfonos plegables, que son mucho más grandes que las pantallas normales. Por lo tanto, podemos asumir con seguridad que los teléfonos plegables tendrán baterías bastante voluminosas en un futuro cercano.
¿Cómo se desarrollará el destino de las pantallas flexibles después de que hagan que nuestros teléfonos inteligentes sean plegables? Teniendo en cuenta la cantidad de tiempo que las personas dedican hoy a los teléfonos inteligentes, puede imaginar que en un futuro no muy lejano la gente comenzará a usar pantallas que se adhieran directamente a la piel. Inicialmente, esto será visualización de datos biométricos, pero pronto estarán disponibles otras aplicaciones. Quizás estas pantallas portátiles se convertirán algún día en parte de la moda de alta tecnología.
Naturalmente, para la producción de tales pantallas, se utilizarán materiales suficientemente suaves que no causen molestias a la piel. Además, deberán poder estirarse. Desarrollar conductores de tracción y semiconductores es increíblemente difícil. Desde hace varios años, los investigadores han estado estudiando algo similar pero más simple: pantallas geométricamente extensibles. Contienen componentes pequeños y rígidos unidos a una cubierta expandible. Están conectados por pistas conductoras que llevan deformación bajo tensión.
Recientemente, sin embargo, ha habido avances en el desarrollo de pantallas expandibles, aquellas que estiran los conductores, semiconductores y el sustrato. Por supuesto, necesitan nuevos materiales, pero el principal obstáculo hasta ahora sigue siendo la cuestión de cómo desarrollar una capa protectora para tales dispositivos elásticos que los proteja de los efectos destructivos de la humedad y el oxígeno. Nuestro equipo ha logrado recientemente un gran progreso en este tema al desarrollar dispositivos elásticos, estables al aire y emisores de luz que no requieren una cubierta protectora elástica. Se pueden estirar casi dos veces sin interrupciones.
Actualmente se están produciendo prototipos toscos de pantallas extensibles, con una gruesa cuadrícula de elementos luminosos. Pero la industria está mostrando un gran interés en las pantallas expandibles. En junio, el Ministerio de Comercio, Industria y Energía de Corea del Sur encargó a LG Display la gestión de un consorcio de investigadores industriales y científicos que desarrollaran pantallas expandibles.
Es fácil imaginar lo que nos espera a continuación: atletas, colgados con pantallas biométricas colocadas en sus brazos y piernas. Smartphones que se pueden llevar en la palma de la mano. Muestra que se extiende sobre varias superficies irregulares. Los desarrolladores de tales pantallas del futuro sin duda podrán aprovechar los años de investigación obtenidos de la investigación que ha permitido las pantallas flexibles de los teléfonos inteligentes de hoy. Sin lugar a dudas, pronto llegará la era no solo de doblar, sino también de estirar la electrónica.