PeLED: A tecnologia de tela que pode fazer quase tudo

Com informações da BBC - 12/07/2024

Conceito de tela multifuncional.
[Imagem: Chunxiong Bao et al. - 10.1038/s41928-024-01151-x]

Telas PeLED

À primeira vista, parece uma relíquia da década de 1980: Uma pequena tela de computador com texto tremeluzente e de baixa resolução rolando por ela. Mas este pode ser o futuro.

A tela foi feita com tecnologia de diodo emissor de luz de perovskita, ou PeLED. É radicalmente diferente da tecnologia LED usada atualmente nas telas dos celulares e pode levar a TVs, monitores e telas mais finas, mais baratas e, para os dispositivos portáteis, a uma maior duração das baterias.

E não apenas isso: Os PeLEDs são únicos porque podem absorver luz e também emiti-la, o que significa que você pode usar o mesmo material para integrar capacidades de toque, impressão digital e detecção de luz ambiente, destaca o professor Feng Gao, da Universidade de Linkoping, na Suécia: "Isto é difícil, mas achamos que é possível" - (Veja Duas novas tecnologias de telas realmente interativas).

Nos celulares de hoje, essas funções são realizadas por componentes eletrônicos separados da própria tela. Agora, o professor Gao e sua equipe demonstraram um protótipo com sensibilidade ao toque e à luz ambiente já funcionando.

"É uma demonstração muito bonita, é muito nova," comenta Daniele Braga, chefe de vendas e marketing da Fluxim, empresa de pesquisa tecnológica na Suíça, embora observe que a otimização de todas as diferentes funções prometidas aqui pode dificultar a comercialização rápida desse tipo de tela.

Mas a versão mais recente da tecnologia da equipe do professor Gao é outra tela pequena, só que desta vez os píxeis por polegada (ppi), uma medida da nitidez da tela, quase dobraram, chegando aos 90 ppi. Na tela, uma animação simples é reproduzida, mostrando dois bonecos lutando, o que já é bem mais do que um simples texto.

Estas são as telas de PeLEDs mais recentes criadas pela equipe do professor Gao, com 90 ppi.
[Imagem: Yun Gao et al. - 10.1038/s41928-024-01181-5]

Perovskitas

A perovskita é um mineral contendo cálcio, titânio e oxigênio, dispostos em uma estrutura cristalina. Ela foi descoberta nos anos 1800, mas só mais tarde as pessoas perceberam que poderiam fazer outros tipos de perovskitas que compartilhassem a mesma estrutura e tivessem diferentes elementos ou moléculas como componentes. Dependendo dos materiais escolhidos, as perovskitas podem ser muito boas, por exemplo, na condução de eletricidade, na emissão de luz ou na captação de luz, podendo funcionar como células solares.

"Ajustando ligeiramente a composição química você pode cobrir todo o espectro visível," disse Braga, explicando que produzir perovskitas é um processo relativamente simples e barato: "Se você pensar na produção em massa, isso é gigantesco".

Existem alguns problemas, no entanto: Os PeLEDs são notoriamente instáveis - eles estragam com a exposição à umidade ou oxigênio, por exemplo.

Loreta Muscarella, da Universidade Livre de Amsterdã, nos Países Baixos, está trabalhando para desenvolver novos tipos de PeLEDs. Ela afirma que, se você deixar um PeLED por aí por algumas horas ou dias, a cor da luz que ele emite irá degradar gradualmente ou mudar para uma versão menos pura de, digamos, verde, do que o verde que você deseja.

E isso mina todo o sentido das perovskitas: Elas são desejáveis em parte porque podem ser ajustadas para emitir uma forma muito específica e pura de vermelho, verde ou azul (RGB), os principais tons necessários para monitores digitais coloridos.

Para mantê-los estáveis, os PeLEDs podem ser encapsulados em cola ou resina, diz o professor Gao. Mas os pesquisadores ainda estão trabalhando para garantir que a tecnologia não esmaeça durante um longo período. Muscarella afirma que os LEDs tradicionais têm vida útil de 50.000 horas ou mais, enquanto a vida útil do PeLED ainda está na faixa de centenas a milhares de horas.

Portanto, pode levar anos até que você compre um produto comercial que contenha um PeLED. Mas há um tipo diferente de perovskita emissora de luz que você poderá ver primeiro no mercado.

Estrutura de um filme de perovskita, a camada fundamental de um PeLED.
[Imagem: Yun Gao et al. - 10.1038/s41928-024-01181-5]

Perovskitas com fotoluminescência

Uma nova vertente de perovskita tem seu funcionamento baseado na fotoluminescência. Este não é um LED propriamente dito, sendo mais um filtro ou um material semelhante a um filme, que absorve e reemite luz em uma cor específica. Em algumas TVs hoje no mercado, um filtro colorido fornece as cores cruciais vermelho, verde e azul usadas em cada píxel da tela.

É misturando essas cores em diferentes níveis que você pode obter a gama de matizes necessária para exibir uma imagem completa. Os filtros vermelho, verde e azul são iluminados por uma retroiluminação de LEDs comuns. Mas os filtros de hoje bloqueiam grande parte dessa luz, tornando o processo energeticamente ineficiente.

As perovskitas fotoluminescentes, por outro lado, deixam passar quase toda a luz, o que significaria um grande aumento no brilho e na eficiência.

A Helio, uma empresa britânica, está trabalhando nisso. Um vídeo em seu site mostra como um filme de perovskita de cor vermelha ou verde pode reemitir luz azul como vermelha ou verde quase perfeitamente.

Tela e controle de toque da tela de PeLED.
[Imagem: Chunxiong Bao et al. - 10.1038/s41928-024-01151-x]

Perovskitas com eletroluminescência

A tecnologia que o professor Gao e seus colegas estão desenvolvendo é bem diferente: Eles estão experimentando telas que emitem luz usando LEDs feitos de perovskitas.

Estas são conhecidas como perovskitas eletroluminescentes. Trabalhar com eles é complicado porque são sensíveis a campos elétricos e, como mencionado, não são muito estáveis. Mas eventualmente podem ser opções ainda mais eficientes para iluminar os píxeis vermelhos, verdes e azuis em uma tela de celular, tablet ou TV, sem a necessidade de filtros de cores.

As principais vantagens da mudança para esta tecnologia poderão estar na redução do custo desses componentes e na redução do seu consumo de energia.

Ninguém tem certeza de quanto menos energia uma futura tela PeLED poderá consumir, em comparação com, digamos, uma tela OLED, mas experimentos de laboratório sugerem que os PeLEDs já são competitivos com os OLEDs e poderão um dia superá-los significativamente em termos de eficiência, diz Muscarella.

Aplicações avançadas de telas PeLED, incluindo monitoramento da saúde e leitura de impressões digitais.
[Imagem: Chunxiong Bao et al. - 10.1038/s41928-024-01151-x]

Trabalho por fazer, mas vale a pena

O professor Richard Friend, da Universidade de Cambridge, é um dos cofundadores da Helio, junto com o professor Henry Snaith, da Universidade de Oxford, ambos já tendo dado contribuições significativas ao campo, incluindo a possibilidade de uma reciclagem de luz que aumenta a eficiência dos componentes de perovskita.

Ele ressalta que um dos desafios dos PeLEDs é fazer com que eles emitam luz na direção certa. Isso realmente importa para monitores: "Você precisa que a luz seja emitida para a frente, em vez de ficar presa lateralmente," explica ele.

Pesquisadores estão experimentando muitas técnicas diferentes para resolver esse problema. Muscarella e colegas, por exemplo, tentaram imprimir um padrão irregular em nanoescala na superfície dos PeLEDs, o que parece melhorar a emissão de luz.

Para o professor Gao, no entanto, a promessa de telas PeLED que fazem muito mais do que emitir luz é atraente.

Da verificação de impressões digitais à detecção da frequência cardíaca e à detecção de luz, tudo um dia poderia ser feito usando uma única placa de materiais em camadas, com a importantíssima perovskita que absorve luz no meio: "É realmente muito único," diz Gao, entusiasmado. "Isso não é possível com outras tecnologias LED."

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