Màn hình LED co giãn như cao su
Màn hình trên điện thoại thông minh hoặc tivi là vật thể cứng chắc chắn không thể kéo dài ra. Nhưng nhóm kỹ sư Đại học Stanford (bang California, Mỹ) tìm ra những bước đầu tiên hướng tới việc tạo ra một màn hình LED co giãn.
Không giống như màn hình LED truyền thống, được tạo thành từ các tinh thể lỏng được bao bọc trong một lớp vỏ cứng, màn hình LED mới được làm hoàn toàn từ vật liệu polyme giống như… dây cao su.
Cách hoạt động của màn hình LED truyền thống
Màn hình LED trên TV hoặc điện thoại thông minh có nhiều lớp tạo thành ma trận hiển thị. Cách các lớp được xây dựng cho phép loạt phản ứng phức tạp xảy ra, cuối cùng tạo ra những bức ảnh sáng đẹp. Trong số hai lớp điện cực trên màn hình, một lớp tạo ra các điện tích dương hoặc lỗ trống; và một lớp tạo ra các điện tử, hoặc các điện tích âm.
Zhenan Bao, giáo sư kỹ thuật hóa học Đại học Stanford, giải thích những điện tích này bắt đầu di chuyển qua các lớp khác nhau khi có điện trường. Nguyên tắc cơ bản trong thiết lập này là tinh thể lỏng được điều khiển bằng điện áp có thể điều khiển đường đi, hướng và cường độ của ánh sáng ở cấp độ pixel (hãy nghĩ về các pixel giống như các khối xây dựng nhỏ của màn hình).
Mỗi pixel chứa 3 pixel con với các bộ lọc màu bên trên chúng, thường có màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam, có thể được tạo thành các kết hợp ở những cường độ khác nhau để làm cho khối pixel có màu sắc khác nhau.
Hầu hết các màn hình hiện đang được sử dụng trên máy tính và TV được làm bằng tinh thể lỏng. “Chúng không phát ra ánh sáng. Có một đèn nền (chứa một dải LED) và phía trước đèn nền là tinh thể lỏng.
Bao nói, “Chỉ một phần ánh sáng có thể đi qua. Vì vậy, nó tiêu tốn nhiều năng lượng hơn và tốc độ chuyển đổi cũng tương đối chậm”. Một nhược điểm khác của màn hình này là dễ vỡ, chủ yếu là do chất nền được làm bằng thủy tinh và các vật liệu đi vào đi-ốt phát sáng cũng sẽ bị vỡ nếu bạn cố gắng bẻ cong hoặc kéo căng nó.
Những điều cần biết về khái niệm mới
“Những gì chúng tôi đang làm ở đây là cố gắng tạo ra một loại màn hình mới mà bạn có thể uốn, gấp, thay đổi hình dạng mà vẫn hiển thị hình ảnh”, Bao nói. Việc có một màn hình có thể thay đổi hình dạng sẽ cho phép nó phù hợp với các đường viền của những bề mặt mềm hoặc không bằng phẳng. Bao và nhóm nhà khoa học muốn làm cho tất cả các thành phần của màn hình này có thể co giãn.
Bao giải thích: “Chúng tôi đã phát triển một loại polymer dẫn điện co giãn có thể được sử dụng cho hai điện cực. Nhưng vì một điện cực cần cho phép các lỗ trống đi vào và điện cực kia cần cho phép các electron đi vào, chúng tôi cũng cần phải tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển qua các lớp. Vật liệu phát ra ánh sáng ở đây cần phải co giãn được nhưng nó cũng cần tỏa ra nhiều ánh sáng. Chúng tôi muốn một màn hình sáng”.
Bao và đồng nghiệp tìm ra cách kết hợp vật liệu nhựa cứng và mềm với nhau để polyme phát ra ánh sáng tạo thành cấu trúc sợi nano, giúp electron và lỗ trống tìm thấy nhau. Bao nói: “Nếu không thể tìm thấy nhau, chúng sẽ không tạo ra ánh sáng. Cấu trúc nano này tạo ra một con đường liên tục. Và chúng tôi cũng phát hiện ra rằng bằng cách hình thành các cấu trúc giống như sợi nano này, nó sẽ loại bỏ một số khuyết điểm từng có trong polyme phát sáng. Chúng tôi thấy nhiều ánh sáng hơn thoát ra trong vật liệu co giãn so với phiên bản không co giãn”.
Nhóm của Bao đã có thể hình thành cấu trúc nano này với các polyme phát ra ánh sáng xanh lục, đỏ và xanh lam - đây là những màu cơ bản cần thiết để tạo ra một màn hình đầy đủ màu sắc.
Sau đó, chủ yếu là vấn đề kỹ thuật tìm ra cách xếp chồng ổn định các lớp khác nhau của màn hình lại với nhau. Sản phẩm cuối cùng được tạo thành từ hai lớp đế ở bên ngoài, hai lớp điện cực bên trong; tiếp theo là hai lớp vận chuyển điện tích và lớp phát sáng ở trung tâm.
Đối với nguyên mẫu này, nhóm chứng minh rằng màn hình của họ có thể chứa hình ảnh tĩnh. Để tạo ra một màn hình có thể thay đổi hình ảnh, họ sẽ cần kết hợp một số loại động cơ có thể cung cấp năng lượng cho nó.
Bao cho biết: “Loại màn hình có độ phân giải rất thấp. Nhưng các điểm ảnh vẫn còn khá lớn. Bước tiếp theo chúng tôi cần làm là làm cho chúng có độ phân giải cao hơn và chúng tôi cũng cần làm cho chúng tồn tại lâu hơn”.
Ở trạng thái hiện tại, màn hình co giãn thế hệ đầu tiên này có thể phát ra ánh sáng trong môi trường nitơ cao trong nhiều ngày. Khi nó tiếp xúc với không khí bình thường, ánh sáng chỉ có thể tồn tại trong vài giờ. Bao nói: “Chúng tôi vẫn chưa có vật liệu tốt có thể chặn oxy và hơi ẩm xâm nhập vào polyme phát ra ánh sáng, do chúng dập tắt ánh sáng và làm cho màn hình mờ dần theo thời gian”.
Đối với màn hình OLED mà chúng ta sử dụng ngày nay, thiết bị bên trong cũng chỉ hoạt động dưới khí nitơ. Nhưng họ đã tìm ra một loại vật liệu bao bọc tốt có thể chặn oxy và hơi ẩm. Đó là một phần quan trọng để màn hình trở nên hữu ích trên thực tế.
Bao nhận thấy một loạt các ứng dụng tiềm năng bổ sung cho màn hình có thể co giãn. Nó có thể được sử dụng để tạo ra màn hình tương tác có thể thay đổi hình dạng hoặc thậm chí tạo thành cảnh quan 3 chiều trên bản đồ. Bao bình luận: “Hãy tưởng tượng một màn hình hiển thị mà bạn có thể vừa nhìn thấy vừa cảm nhận được vật thể 3 chiều trên màn hình. Đây sẽ là một cách hoàn toàn mới để tương tác với nhau từ xa”.