Figura 1. Un dispositivo TFT fabricado en una película de poli (amida-imida):A) Estructura esquemática del IGZO TFT transparente y flexible fabricado en PAI (s-u). B) Características eléctricas y C) Espectros de transmitancia de los TFT IGZO. D) Rendimiento de TFT en función del radio de curvatura. Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea
La próxima generación de pantallas flexibles y transparentes requerirá un material polimérico flexible y de alto rendimiento que tenga las propiedades ópticas y térmicas del vidrio. El material debe ser transparente a la luz visible y tener un bajo coeficiente de expansión térmica (CTE). Desafortunadamente, tal material polimérico no ha estado disponible. Un equipo de investigación de KAIST ha logrado crear un nuevo material polimérico con un valor CTE excepcionalmente bajo, al tiempo que conserva una alta transparencia y excelentes propiedades térmicas y mecánicas. El método desarrollado para polímeros amorfos con un CTE controlado también se puede aplicar para controlar la expansión térmica de materiales orgánicos.
La mayoría de los objetos se expanden al calentarse y se encogen al enfriarse, y los polímeros orgánicos tienen un CET relativamente grande en comparación con el de las cerámicas o los metales. Delgada, Los sustratos planos livianos para dispositivos semiconductores deben tener un CET de cerámica similar. De lo contrario, el dispositivo puede romperse debido a la tensión causada por la expansión y contracción térmica. Por lo tanto, Hacer coincidir el CTE del dispositivo semiconductor y el sustrato es crucial para la fabricación exitosa de dispositivos de visualización. La formación de una estructura de red conectando cadenas de polímero es un método bien conocido para reducir el CET de polímeros amorfos. Sin embargo, los polímeros con estructura de red eventualmente pierden su flexibilidad y se vuelven frágiles.
Como método alternativo, El profesor Sang Youl Kim del Departamento de Química y su equipo eligieron ajustar la distancia y la interacción entre las cadenas de polímeros. La expansión y contracción térmica de las películas de polímero se puede minimizar introduciendo fuerzas de interacción entre las cadenas de polímero y disponiendo la dirección de la fuerza perpendicularmente. El equipo implementó con éxito este enfoque mediante el diseño apropiado de la estructura química de un material polimérico transparente. Se llama película de poli (amida-imida), que es transparente, flexible, y material polimérico de alto rendimiento. Es lo suficientemente estable térmicamente para ser utilizado en el proceso de fabricación AMOLED (diodo emisor de luz orgánico de matriz activa) (estable a> 400 ℃) con un CTE bajo (4ppm / ℃).
Figura 2. Poli (amida-imida) transparentes y termoestables con CTE bajo:A) Ruta sintética a PAI. B) Foto de película independiente PAI (s-u) y C) relación de transmitancia y CTE en función del contenido de u diamina en el PAI. Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea
El equipo fabricó dispositivos IGZO TFT (transistor de película delgada de óxido de zinc y galio de indio) en la película de poli (amida-imida) transparente recién sintetizada, y confirmó que el dispositivo podría funcionar con normalidad incluso cuando está plegado hasta un radio de 1 mm.
El profesor Kim dijo:"Nuestros resultados sugieren una forma de controlar la expansión térmica de polímeros amorfos similar a un nivel de vidrio sin reticulación química, que durante mucho tiempo se ha considerado un problema desafiante. Al mismo tiempo, logramos que el polímero fuera transparente y flexible. Esperamos que se pueda aplicar para controlar la expansión térmica de varios materiales orgánicos ".
