Investigadores de Samsung prueban la viabilidad de los dispositivos 'expandibles' comercializados – Samsung Newsroom

Con las pantallas flexibles desplegándose detrás de nosotros, muchos se han preguntado cuál sería el próximo gran desarrollo en tecnología de visualización.

Recientemente, pantallas de forma libre¹ han ganado terreno como tecnología de próxima generación que permitirá tanto imágenes de alta resolución como portabilidad. Si bien la tecnología aún está en su infancia, se han realizado importantes investigaciones sobre pantallas extensibles (una tecnología básica para pantallas de forma libre) que se pueden estirar en todas las direcciones como bandas elásticas para cambiar sus formas.

Pantalla de sensor ampliable y avanzada

El 4 de junio, investigadores del Instituto de Tecnología Avanzada de Samsung (SAIT), el centro de I + D de Samsung dedicado a las tecnologías de vanguardia del futuro, publicaron una investigación² en la revista de renombre mundial "Science Advances" sobre tecnología que supera las limitaciones de los dispositivos expandibles.

A través de este estudio, se obtuvo un rendimiento estable en un dispositivo expandible con alto alargamiento. Esta investigación también fue la primera en la industria en probar el potencial de comercialización de los dispositivos expandibles, dado que la tecnología es capaz de integrarse en los procesos de semiconductores existentes.

El equipo de investigación de SAIT pudo integrar una pantalla LED orgánica expandible (OLED) y un sensor de fotopletismografía (PPG) en un solo dispositivo para medir y mostrar la frecuencia cardíaca del usuario en tiempo real, creando el factor de forma "piel electrónica estirada". . El éxito de este caso de prueba demuestra la viabilidad de extender la tecnología a otras aplicaciones. Se espera que esta investigación aumente la adopción de dispositivos expandibles en el futuro.

La pantalla OLED "Skin" se puede estirar hasta un 30%

Uno de los mayores logros de esta investigación fue que el equipo pudo modificar la composición y estructura del 'elastómero', un compuesto polimérico con excelente elasticidad y resiliencia, y utilizar los procesos de fabricación de semiconductores existentes para aplicarlo a sustratos de pantallas OLED estirables. y sensores ópticos de flujo sanguíneo por primera vez en la industria. Luego, el equipo pudo confirmar que el sensor y la pantalla continuaron funcionando normalmente y no mostraron degradación en el rendimiento con una relación de aspecto de hasta el 30%.

Para poner su investigación a prueba, los investigadores de SAIT conectaron sensores de frecuencia cardíaca PPG expandibles y sistemas de visualización OLED en el interior de la muñeca cerca de la arteria radial.³ Esto les permitió confirmar que el movimiento de la muñeca no condujo a ningún deterioro de las propiedades, manteniéndose la solución confiable con un alargamiento de la piel de hasta un 30%. Esta prueba también confirmó que el sensor y la pantalla OLED continuaron funcionando de manera estable incluso después de estirarse 1000 veces. Además, al medir las señales de una muñeca en movimiento, se descubrió que el sensor captaba una señal de latido del corazón 2,4 veces más fuerte que la que captaría un sensor de silicio fijo.

"El punto fuerte de esta tecnología es que le permite medir sus datos biométricos durante un período de tiempo más largo sin tener que quitar la solución cuando duerme o hace ejercicio, ya que el parche parece una parte de su piel. También puede verificar sus datos biométricos inmediatamente en la pantalla sin tener que transferirlos a un dispositivo externo ”, explicó el investigador principal Youngjun Yun, autor correspondiente del artículo. “La tecnología también se puede extender para su uso en productos de salud portátiles para adultos, niños y bebés, así como para pacientes con ciertas enfermedades. "

Supere los desafíos técnicos Wcon estructura y materiales extensibles

La implementación de la tecnología de pantalla expandible está resultando difícil porque, por lo general, cuando una pantalla se estira o se manipula su forma, el dispositivo se rompe o su rendimiento se deteriora. Para superar este problema, todos los materiales y elementos, incluido el sustrato, el electrodo, el transistor de película delgada, la capa de material emisor y el sensor, deben tener extensibilidad física así como la capacidad de conservar sus propiedades eléctricas.

Por lo tanto, los investigadores de SAIT reemplazaron el material plástico utilizado en las pantallas expandibles existentes con elastómero. El sistema desarrollado por el equipo de SAIT es el primero en la industria en implementar una pantalla y un sensor que utiliza procesos de fotolitografía que permiten micropatrones y procesamiento de grandes áreas.

El elastómero es un material avanzado con alta elasticidad y resiliencia, pero su capacidad para aplicarse a los procesos de semiconductores existentes es limitada porque es vulnerable al calor. Para mitigar esto, el equipo aumentó la resistencia térmica del material adaptando su composición molecular. También integraron químicamente ciertas cadenas de moléculas para establecer la resistencia a los materiales utilizados en los procesos de semiconductores.

"Aplicamos una estructura de" isla "para reducir el estrés⁴ causado por el alargamiento ", dijo el investigador Yeongjun Lee, coautor del artículo. “Se indujo más tensión en el área del elastómero, que tiene un coeficiente de elasticidad relativamente bajo.⁵ y por lo tanto es más probable que se deforme. Esto nos permitió minimizar el estrés en el área de píxeles OLED, que es más vulnerable a dicha presión. Aplicamos un material de electrodo estirable (metal agrietado) que resiste la deformación del área elastomérica, lo que permitió que los huecos y los electrodos de cableado entre los píxeles se estiraran y encogieran sin que los píxeles OLED en sí mismos no se deformaran.

▲ OLED y electrodos de metal agrietados en una estructura de isla

▲ Yeongjun Lee, investigador y co-primer autor

Marketing y aplicaciones extendidas

El sensor expandible ha sido diseñado para permitir mediciones continuas de frecuencia cardíaca con un alto grado de sensibilidad en comparación con los sensores portátiles estacionarios existentes. La solución hace esto facilitando un agarre firme de la piel, lo que minimiza las inconsistencias de rendimiento que pueden ser causadas por el movimiento.⁶

El sensor expandible y la pantalla OLED desarrollados por el equipo de SAIT se crearon superando las limitaciones de rendimiento de los dispositivos y procesos operativos existentes, incluidos los de los materiales expandibles actuales. De particular importancia es el trabajo realizado por el equipo de SAIT, ya que aseguró la resistencia química y térmica del material elastomérico, haciendo más probable la comercialización de dispositivos expandibles de alta resolución y pantallas grandes en los próximos años.

"Nuestra investigación se encuentra solo en sus primeras etapas, pero nuestro objetivo es realizar y comercializar dispositivos escalables aumentando la resolución del sistema, la escalabilidad y la precisión de la medición a un nivel que haga posible la producción en masa", dijo el investigador principal, Jong Won Chung, coprimero autor del artículo. "Además del sensor de frecuencia cardíaca que se aplicó en este caso de prueba, planeamos incorporar sensores expandibles y pantallas de forma libre de alta resolución para permitir a los usuarios monitorear cosas como la saturación periférica de oxígeno, lecturas de electromiogramas y presión arterial".

▲ Jong Won Chung, investigador principal y co-primer autor

¹ Pantallas con píxeles significativamente más pequeños, lo que permite una mayor libertad para determinar sus formas.

² Título del artículo: "Parche autónomo de monitoreo de salud en tiempo real basado en un sistema optoelectrónico orgánico expandible"

³ La arteria superficial del antebrazo que generalmente se usa para tomar el pulso.

⁴ La fuerza de resistencia que se crea en un material cuando se comprime, dobla, retuerce o se le aplican otras fuerzas externas.

⁵ Tasa de elasticidad que muestra el grado en que un objeto se estira y deforma.

⁶ El efecto de artefacto de movimiento