تظل شاشة OLED المرنة هذه ساطعة حتى عند تمديدها

توفر شاشة OLED الجديدة فائقة المرونة شاشات عرض متوهجة يمكن ارتداؤها وأجهزة استشعار صحية في الوقت الفعلي على بعد خطوة واحدة من الواقع.

إن نفس تقنية الصمام الثنائي العضوي الباعث للضوء (OLED) المستخدمة في الهواتف الذكية المرنة وشاشات الكمبيوتر المنحنية وأجهزة التلفزيون الحديثة قد تجد قريبًا دورًا جديدًا كأجهزة استشعار يمكن ارتداؤها ومثبتة على الجلد. يمكن لهذه الأجهزة المستقبلية أن تعرض التغيرات في درجة حرارة الجسم أو تدفق الدم أو الضغط مباشرة على الجلد في الوقت الفعلي. قام فريق بحث دولي بقيادة علماء في جامعة سيول الوطنية في جمهورية كوريا وجامعة دريكسيل بتطوير نوع جديد من شاشات OLED المرنة والقابلة للتمدد مما يجعل هذا الاحتمال أقرب إلى الواقع.

النتائج التي توصلوا إليها، نشرت اليوم (14 يناير) في طبيعة، وصف تصميم OLED الذي يجمع بين طبقة بوليمر فسفورية مرنة وأقطاب كهربائية شفافة مصنوعة من مادة MXene النانوية. يسمح هذا الهيكل الجديد للجهاز بالتمدد حتى 1.6 مرة طوله الأصلي مع الحفاظ على معظم سطوعه.

قال يوري جوجوتسي، دكتوراه، جامعة متميزة وأستاذ باخ في كلية الهندسة في دريكسيل: “تتناول هذه الدراسة تحديًا طويل الأمد في تقنية OLED المرنة، ألا وهو متانة التألق بعد الانثناء الميكانيكي المتكرر”. “على الرغم من أن التقدم في إنشاء الثنائيات المرنة الباعثة للضوء كان كبيرًا، فقد استقر التقدم في العقد الماضي بسبب القيود التي أدخلتها طبقة الموصلات الشفافة، مما يحد من قابليتها للتمدد.”

لماذا تفقد شاشات OLED المرنة السطوع؟

تولد OLEDs الضوء من خلال اللمعان الكهربائي. عندما تتدفق الكهرباء عبر الجهاز، تنتقل الشحنات الموجبة والسالبة بين الأقطاب الكهربائية وتمر عبر طبقة بوليمر عضوية. عندما تلتقي هذه الشحنات، فإنها تبعث الضوء وتشكل جسيمًا يعرف باسم الإكسيتون قبل أن تستقر في حالة كهربائية مستقرة. يعتمد اللون المحدد الناتج على التركيب الكيميائي للطبقة العضوية.

يتم إنشاء شاشات OLED المرنة عن طريق وضع هذه المواد على ركائز بلاستيكية قابلة للانحناء، مما يسمح لها بالعمل أثناء طيها أو ثنيها أو لفها. على الرغم من أن هذه التكنولوجيا تعود إلى التسعينيات، إلا أنها أصبحت مرئية على نطاق واسع في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين عندما قدمت سامسونج شاشات مرنة ومقاومة للكسر في الهواتف المنحنية. ومع ذلك، مع مرور الوقت، لاحظ الباحثون أن الانحناء المتكرر يقلل من السطوع والمرونة. وارتبط هذا الانخفاض بالتلف التدريجي داخل الأقطاب الكهربائية والمواد العضوية.

قال Danzhen Zhang، الحائز على دكتوراه، وهو مؤلف مشارك وباحث ما بعد الدكتوراه في جامعة نورث إيسترن، والذي أجرى سابقًا بحثًا رئيسيًا على أفلام MXene الموصلة الشفافة كطالب دكتوراه في مختبر جوجوتسي في دريكسيل: “إن نقل المواد الموصلة بالمرونة عادةً ما يتضمن دمج بوليمر عازل ولكن قابل للتمدد يعيق نقل الشحنة، ونتيجة لذلك، يقلل من انبعاث الضوء”. “بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تصبح المادة الأكثر استخدامًا في الأقطاب الكهربائية هشة وأكثر عرضة للكسر كلما طالت مدة ثني وتمدد OLED. تمت معالجة هذه المشكلة باستخدام أقطاب كهربائية قابلة للتمدد ذات ملامسة MXene، والتي تتميز بمتانة ميكانيكية عالية ووظيفة عمل قابلة للضبط، مما يضمن ثقبًا فعالًا أو حقن إلكترون.”

مادة جديدة باعثة للضوء

وللتغلب على هذه القيود، أعاد فريق البحث تصميم الطبقة المنتجة للضوء نفسها. يستخدم أسلوبهم مادة عضوية متخصصة تشجع المزيد من أزواج الشحنات على تكوين الإكسيتونات، مما يزيد من إنتاج الضوء.

هذه المادة، المعروفة باسم طبقة الفوسفورسنت بمساعدة exciplex (ExciPh)، قابلة للتمدد بشكل طبيعي ومصممة كيميائيًا لضبط مستويات الطاقة للشحنات المتحركة. يعمل هذا التعديل على تسهيل دمج الشحنات وإنتاج الضوء، على غرار إبطاء رحلة تدور حتى يتمكن عدد أكبر من الأشخاص من القفز عليها بأمان.

يتم تحويل أكثر من 57% من الإكسيتونات المتولدة في طبقة ExciPh إلى ضوء. وبالمقارنة، فإن طبقات البوليمر المستخدمة بشكل شائع في OLEDs الحالية تحول فقط 12-22% من الإكسيتونات إلى انبعاث مرئي.

لتعزيز المرونة بشكل أكبر، قام الباحثون بتضمين طبقة ExciPh في مصفوفة من مادة البولي يوريثين المرنة بالحرارة. كما قاموا بإعادة تصميم الأقطاب الكهربائية لتحسين كيفية انتشار الشحنات الكهربائية في جميع أنحاء الجهاز.

تعمل أقطاب MXene على تحسين الأداء

قام الفريق بإنشاء أقطاب كهربائية شفافة وقابلة للتمدد من خلال الجمع بين مادة MXene، وهي مادة نانوية ثنائية الأبعاد عالية التوصيل تم تطويرها في جامعة دريكسيل في عام 2011، مع أسلاك فضية. تشكل هذه المواد معًا شبكة موصلة تساعد الشحنات على الانتقال بكفاءة إلى طبقة البوليمر الباعثة للضوء قبل تكوين الإكسيتونات.

يعمل هذا التصميم على تحسين حقن الشحن ويسمح لشاشة OLED بالحفاظ على السطوع حتى عند تمديدها أو ثنيها بشكل متكرر.

وقال جوجوتسي: “بسبب الموصلية الاستثنائية وشكل الطبقات، توفر MXenes مادة قطبية استثنائية لشاشات OLED المرنة”. “لقد أثبتنا أداء أقطاب MXene المرنة والشفافة في تطبيقات متعددة؛ وبالتالي، فإن إدراجها في الجهود المبذولة لتحسين تقنية OLED يعد خطوة طبيعية لأبحاثنا.”

اختبار OLEDs تحت الضغط

باستخدام هذه التحسينات مجتمعة، قام الباحثون ببناء شاشات OLED خضراء مرنة على شكل قلب وأرقام عددية. وقاموا بتقييم مدى كفاءة الأجهزة في تحويل الشحنات الكهربائية إلى إكسيتونات واختبار متانتها تحت التمدد المتكرر.

ولإظهار مدى إمكانية تطبيق هذه التكنولوجيا على نطاق واسع، أنتج فريق جامعة سيول الوطنية أيضًا شاشة OLED كاملة الألوان وقابلة للتمدد بالكامل عن طريق إضافة أربع مواد مختلفة إلى طبقة ExciPh. بالإضافة إلى ذلك، قاموا بتطوير شاشات OLED ذات مصفوفة سلبية قابلة للتمدد بالكامل والتي تُظهر تصميمًا بسيطًا ومنخفض الطاقة مناسبًا للإلكترونيات القابلة للارتداء.

تفوقت شاشات OLED الجديدة على التصميمات التي تم الإبلاغ عنها مسبقًا من حيث السطوع وكفاءة الطاقة. وعندما تم تمديدها إلى 60% من الحد الأقصى للإجهاد، انخفض الأداء بنسبة 10.6% فقط. وبعد 100 دورة من التمدد المتكرر عند إجهاد بنسبة 2%، احتفظت الأجهزة بنسبة 83% من ناتج الضوء، مما يسلط الضوء على متانتها المحسنة.

نحو شاشات صحية يمكن ارتداؤها

قال تنغ تشانغ، دكتوراه، مؤلف مشارك وباحث سابق في مرحلة ما بعد الدكتوراه في مختبر جوجوتسي: “نتوقع أن نجاح هذا النهج في تصميم أجهزة إلكترونية بصرية مرنة وعالية الكفاءة سيمكن الجيل القادم من شاشات العرض القابلة للارتداء والقابلة للتشوه”. “ستلعب هذه التكنولوجيا دورًا مهمًا في مراقبة الرعاية الصحية في الوقت الفعلي وتكنولوجيا الاتصالات القابلة للارتداء.

وبالنظر إلى المستقبل، يخطط الباحثون لاستكشاف ركائز مرنة إضافية، وضبط الطبقات العضوية بدقة لإنتاج ألوان ومستويات سطوع مختلفة، وتبسيط طرق التصنيع لدعم اعتماد أوسع لتقنية OLED القابلة للتمدد.

المرجع: “شاشات OLED عالية الكفاءة وقابلة للتمدد بالكامل ومزودة بتقنية Exciplex” 14 يناير 2026، Nature.
دوى: 10.1038/s41586-025-09904-0

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.