Att ansluta lysdioder med transparenta ledande kretsar har gjort det möjligt att vända glasfönster, väggar och byggnaders exteriörer till genomskinliga skärmar som informerar eller underhåller tittarna med videor och bilder. Ett nytt tillvägagångssätt för att göra dessa kretsar kan hjälpa till att sänka kostnaderna för transparenta LED-skärmar och tillåta tekniken att användas på substrat som är flexibla eller böjda.

I tidskriften The Optical Society (OSA). Optical Materials Express , forskare från Zhejiang University i Kina och KTH Kungliga Tekniska Högskolan i Sverige rapporterar tillverkning av transparenta ledande kretsar i meterskala baserade på silver nanotrådnätverk, och, för första gången, demonstrera dessa kretsar i både styva och flexibla transparenta LED-skärmar.

"Transparenta LED-skärmar fungerar ungefär som traditionella LCD- eller LED-tv-apparater, men det faktum att de inte blockerar ljus möjliggör kreativa applikationer som inte är möjliga med konventionell skärmteknik, sa Liu Yang, som ledde Zhejiang Universitys forskargrupp. "Kretsarna vi tillverkade är mycket transparenta, ledande och flexibel, och är därför mycket lovande som en ersättning för transparenta kretsar som används idag."

Ersätter dagens transparenta kretsar

Transparenta LED-skärmar innehåller vanligtvis transparenta ledande kretsar gjorda av fluordopad tennoxid (FTO) eller indiumtennoxid (ITO). Forskare har letat efter alternativ till dessa material på grund av indiums höga kostnad och den komplexa och dyra tillverkningsprocessen som krävs för att skapa kretsar för storformatstransparenta displayer. Dessutom, kretsar gjorda av ITO och FTO tenderar att vara för spröda för flexibla tillämpningar.

Silver nanotrådar är en lovande ersättning eftersom silver nanotrådar enkelt kan syntetiseras och distribueras över ett stort område, har utmärkt optisk transparens, är mycket ledande och kan böjas utan att gå sönder eller kompromissa med prestanda. Även om silver nanotrådnätverk har använts för att skapa transparenta ledande filmer, att använda dem för att göra långa kretsar har visat sig vara utmanande.

I det nya verket, forskarna utvecklade en enkel tillverkningsprocess för att använda nanotrådar i silver för att göra de ultralånga genomskinliga kretsarna som behövs för transparenta LED-skärmar i meterskala. Med hjälp av en spraybeläggningsmetod och offermasker, de skapade en 1,2 meter lång genomskinlig ledande krets av silver nanotråd.

De nya transparenta ledande kretsarna består av slumpmässigt fördelade silver nanotrådar som appliceras i ett mönster på ett substrat som plast eller glas. Nanotrådsnätverket måste vara tillräckligt tätt för att den elektriska strömmen ska gå bra men inte så tät att det äventyrar transparensen.

"På grund av vår mycket enkla och billiga tillverkningsmetod och den inneboende flexibiliteten hos silver nanotrådar, dessa nya transparenta ledande kretsar kan sänka kostnaden och utöka tillämpningarna av de transparenta LED-skärmarna till flexibla och böjda områden med stor vinkel, " sa Yang.

Testar genomskinliga skärmar

Analys av silver nanotrådskretsarna visade att de var mycket transparenta samtidigt som de uppvisade högre konduktivitet än ITO. Forskarna utförde också tester där de böjde ledande nanotrådsremsor i silver och genomskinliga ITO-remsor avsatta på en plastfilm till en radie så liten som 2 millimeter. Silver nanotrådsremsan visade mekanisk flexibilitet och stabil prestanda under böjtesterna medan ITO inte bibehöll prestanda.

Nästa, forskarna inkorporerade de genomskinliga ledande kretsarna av nanotråden i prototyp LED-skärmar med glas- eller plastsubstrat. Dessa inkluderade en plastskärm som fungerade bra även när den lindades runt en liten flaska eller dynamiskt böjd till en radie så liten som cirka 15 millimeter.

Forskarna påpekar att bara några enkla steg kan förvandla deras prototypskärmar till praktiska genomskinliga skärmar. Till exempel, de transparenta ledande kretsarna kan enkelt utformas för att tillåta programmering av anslutna lysdioder för visning av videor. Också, kretsarna skulle behöva skyddas med en beläggning för att undvika kemiska reaktioner med omgivningen och för att förbättra deras vidhäftning till substraten. Skärmarna kan också integreras med glas eller transparent plastfilm för ytterligare skydd och enkelt underhåll.