Si pensábamos que las pantallas OLED actuales ya tenían píxeles pequeños, lo que acaba de conseguir un grupo de investigadores lleva esto directamente a otro nivel. Un nuevo trabajo publicado en Nature ha conseguido fabricar material OLED emisor con estructuras de apenas 110 nanómetros, utilizando además una técnica muy parecida a la que se emplea para fabricar los chips que tenemos dentro de móviles, ordenadores y televisores.
Y esto tiene bastante más importancia de la que puede parecer leyendo simplemente la cifra. Cuanto más pequeños podamos fabricar los elementos que forman una pantalla, más resolución podemos meter en el mismo espacio, algo especialmente importante en microdisplays, gafas de realidad aumentada y otras pantallas que tenemos literalmente a pocos centímetros de nuestros ojos. El problema es que fabricar OLED a esas escalas no es precisamente sencillo.
El equipo, liderado por investigadores de ETH Zürich, ha desarrollado unos materiales bautizados como ELPR, o electroluminescent photoresists, que tienen una peculiaridad muy interesante: el propio material que posteriormente emitirá luz puede ser moldeado directamente mediante fotolitografía. Dicho de una forma mucho más sencilla, pueden “dibujar” las zonas emisoras OLED utilizando luz o haces de electrones, en lugar de depender exclusivamente de los sistemas tradicionales de deposición.
El gran problema del OLED aparece cuando intentamos hacer los píxeles diminutos
Fabricar un OLED convencional requiere colocar los materiales orgánicos emisores exactamente donde queremos que estén. A día de hoy se utilizan técnicas como la evaporación mediante máscaras metálicas finas o la impresión por inyección, pero ambas empiezan a complicarse bastante cuando queremos reducir muchísimo el tamaño de cada elemento. El propio estudio señala precisamente la resolución espacial y la precisión de alineación como algunas de las limitaciones de estos métodos.
La fotolitografía, en cambio, lleva décadas haciendo auténticas barbaridades en la industria de los semiconductores. El tema está en que los materiales orgánicos de un OLED son bastante delicados y los productos químicos utilizados durante estos procesos pueden degradarlos. Por eso no basta con coger una técnica de fabricación de chips y aplicarla directamente a una pantalla OLED.
Aquí está precisamente la gracia de estos nuevos materiales. Los investigadores han creado una especie de estructura molecular con un emisor TADF protegido en el centro y una zona exterior que puede reaccionar durante el proceso de litografía. De esta forma pueden endurecer y definir el material donde les interesa sin cargarse la parte que posteriormente tiene que generar luz.
Han bajado hasta los 110 nanómetros y también han creado OLED RGB
Con litografía ultravioleta consiguieron inicialmente crear estructuras de unas pocas micras, pero después utilizaron litografía por haz de electrones para seguir reduciendo su tamaño. Así llegaron hasta patrones de apenas 110 nanómetros, una escala ridículamente pequeña si la comparamos con los píxeles que utilizamos actualmente en pantallas comerciales. También consiguieron formar imágenes multicolor con elementos de unos 200 nanómetros.
Ojo, porque aquí hay una pequeña diferencia importante. Los 110 nanómetros corresponden a estructuras emisoras creadas con el nuevo material, no a un panel OLED funcional con millones de píxeles direccionables de 110 nm. Para demostrar que la tecnología también podía funcionar eléctricamente, los investigadores fabricaron matrices OLED multicolor con píxeles de 30 micrómetros, utilizando tres procesos consecutivos para integrar rojo, verde y azul sobre el mismo sustrato.
Y no simplemente consiguieron que aquello se encendiera. El OLED verde fabricado con estos materiales alcanzó una eficiencia cuántica externa máxima del 13,3%, cuando anteriores materiales OLED preparados directamente mediante fotolitografía se habían quedado normalmente por debajo del 2%.
El objetivo son pantallas OLED con una densidad de píxeles enorme
La aplicación más evidente de todo esto está inicialmente en los microdisplays de altísima resolución, especialmente aquellos que necesitan integrarse directamente encima de electrónica CMOS. Ahí reducir cada píxel unas pocas micras puede marcar una diferencia enorme, porque permite meter muchísima más información en una pantalla diminuta. El propio trabajo apunta a aplicaciones como realidad aumentada, fotónica integrada y sistemas optoelectrónicos de nueva generación.
Por tanto, no estamos hablando de una nueva LG OLED de 65 pulgadas que vaya a aparecer el año que viene con píxeles de 110 nm. Estamos ante una nueva forma de fabricar materiales OLED que consigue acercarlos a las técnicas de miniaturización utilizadas en los semiconductores.
Y ese es realmente el salto importante: si los OLED consiguen aprovechar procesos de fabricación capaces de trabajar a escalas nanométricas, el límite de densidad de píxeles podría subir muchísimo. De momento ya tenemos estructuras emisoras de 110 nm, imágenes multicolor de 200 nm y OLED RGB funcionales fabricados mediante fotolitografía. Ahora tocará ver hasta dónde pueden llevar esta tecnología.
