En las pantallas actuales, ya sean televisores de pantalla plana o iPads, la electrónica que controla los píxeles está hecha de silicio amorfo sobre cristal. El objetivo de Taussig es reemplazar estas pesadas, frágiles y caras pantallas por otras de peso ligero, resistentes y de bajo coste hechas de plástico—sin por ello comprometer el rendimiento. Para ello, está utilizando un tipo de mecánica rollo a rollo de alto volumen, el tipo de proceso de fabricación de alta velocidad utilizado en la producción de periódicos, para crear matrices de transistores de alto rendimiento sobre rollos de plástico de 33 centímetros de ancho. Los investigadores de HP están creando un proceso de ingeniería para una planta piloto, donde la empresa producirá las matrices a un volumen de unos 46.500 metros cuadrados al año, gracias a una asociación con Phicot, un fabricante de electrónica de película fina con sede en Ames, Iowa.
La idea es combinar estas matrices de transistores con "paneles frontales" flexibles—la parte de una pantalla que crea las imágenes y que es controlada por los transistores. "Nuestro objetivo es hacer pantallas con un coste de $10 por pie cuadrado", afirma Taussig. Eso es aproximadamente una décima parte del precio de las pantallas de hoy día. Las pantallas de silicio-sobre-plástico podrían ser utilizadas en ordenadores portátiles, o unas cuantas láminas delgadas se podrían incluir en los maletines, en sustitución de las hojas impresas y los blocs de papel. Taussig también imagina unas "pantallas gigantescas" que podrían pegarse a las paredes para mostrar videos y anuncios.
HP quizá no sea la primera compañía en comercializar una pantalla de plástico—Plastic Logic, que planea lanzar un lector electrónico en breve, probablemente tenga esa distinción. Sin embargo la pantalla de Plastic Logic no es flexible—el panel frontal de plástico y las placas traseras están protegidos por una funda rígida. Tampoco utiliza silicio; utiliza unos transistores orgánicos de menor rendimiento y que no son lo suficientemente rápidos como para mostrar vídeo. HP espera obtener cierta ventaja, afirma Taussig, al reducir el coste de la pantalla mientras que, al mismo tiempo, produce transistores rápidos y con capacidad de vídeo.
Parte de la razón de que las pantallas-sobre-plástico no se hayan producido con anterioridad se debe a dificultad de depositar silicio de alta calidad a temperaturas lo suficientemente bajas como para evitar que se derrita el plástico. El socio de Hewlett-Packard, Phicot, ha logrado resolver ese problema. HP ha logrado solventar otra cuestión: a diferencia del cristal, que proporciona una superficie mecánicamente estable, el plástico tiende a distorsionarse. Al encontrar una forma de crear características a nanoescala en el plástico, HP está abriendo el camino a los grandes volúmenes y bajos costes que Taussig tiene en mente.
Rollo
La clave para la formación de componentes electrónicos a nanoescala sobre plástico, un material con tendencia a la distorsión, reside en un proceso llamado litografía de impresión auto-alineada, que el equipo de Taussig inventó en 2001, y que su grupo aplicó a unas pantallas por primera vez en 2006. Los transistores de película fina poseen varias capas, y en la fabricación convencional, los materiales de cada capa se depositan por separado. Después de que cada capa es depositada, se tallan una serie de precisos patrones antes de añadir la siguiente capa. Este proceso requiere la alineación cuidadosa de las máscaras de fotolitografía usadas para perfilar cada patrón. El proceso de Taussig, por otro lado, utiliza un único modelo tridimensional para crear los patrones de todas las capas, eliminando la necesidad de alinear diferentes máscaras. "Es inmune a la distorsión, uno de los mayores retos al producir componentes electrónicos con técnicas de rollo-a-rollo", asegura Taussig.
El investigador Albert Jeans muestra el material de partida: un rollo de película de plástico recubierto con varias capas delgadas de metal, silicio amorfo, y otros materiales necesarios para crear el circuito eléctrico. Para crear la plantilla en tres dimensiones, se carga el rodillo en un huso y se hila en una máquina. La película se mueve a través de la máquina, y se extiende una capa uniforme de polímero líquido sobre ella. Un sello crea unas complejas impresiones en el recubrimiento de polímero, que son inmediatamente congeladas en ese mismo lugar por una luz ultravioleta, haciendo que se solidifique el polímero.
Observada desde el borde, la plantilla en tres dimensiones que se acaba de crear se asemeja al horizonte de edificios de una ciudad a escala microscópica. Después se llevan a cabo una serie de pasos de grabado, y la plantilla controla hasta qué punto las capas subyacentes de metal y silicio son talladas en cada uno de dichos pasos. Con cada uno de esos pasos, la plantilla se erosiona de manera uniforme, poco a poco adentrándose en las películas finas hasta que la estructura tridimensional de la plantilla de polímero se transfiere a las capas inferiores.
Para iniciar este proceso de talla, la película de plástico con dibujos se introduce en una máquina de grabado húmedo. Una vez dentro, la plantilla se cubre bien con un grabador de cromo, que desprende alrededor de un micrómetro de toda la superficie. Las partes más finas de la plantilla desaparecen, dejando al descubierto partes de una fina capa de metal por debajo. Mas tarde, el grabador pasa a tallar ese metal expuesto. La película se transfiere a una máquina de grabado con plasma, que bombardea la plantilla con iones de flúor. Éstos se encargan de tallar la película más profundamente, esta vez cortando partes de una capa de silicio. Después se pasa de nuevo al grabador húmedo para tallar más capas de metal. Cada paso talla aún más las películas finas de metal, el material aislante y el silicio, hasta que las partes de la capa más inferior de metal se exponen y se graban, dando por completados los circuitos.
En cada etapa del grabado, Taussig utiliza un microscopio digital para escanear la superficie a la búsqueda de defectos. Almacena las imágenes para su examen durante lo que él llama una "autopsia de la pantalla." Durante ese proceso, una pantalla de ordenador muestra las filas y filas de transistores y condensadores interconectados con líneas conductoras perpendiculares que transmitirán los datos de imagen. Estas imágenes también revelan defectos sutiles. El proceso de rollo-a-rollo tolera más variación que los procesos de fabricación de componentes electrónicos de silicio tradicionales, aunque aún así hay cosas que pueden salir mal.
Si un transistor en la pantalla no funciona, los investigadores pueden revisar las imágenes y los datos relacionados acerca de la configuración del equipo (como por ejemplo la tensión en el rollo, o la temperatura) para identificar la fuente de los problemas: un baño de grabado defectuoso o un huso mal ajustado, por ejemplo.
Para finalizar la pantalla, el investigador Hao Luo corta una hoja de "papel electrónico" flexible, que contiene cápsulas microscópicas blancas y negras; los transistores de HP controlarán qué cápsulas se mueven a la superficie de un pixel, haciéndolo aparecer como blanco o negro. Luo despega la parte posterior del papel electrónico para exponer su adhesivo y fija el material en la parte superior de la matriz de transistores—un proceso tan simple como poner cinta adhesiva en un pedazo de papel, afirma. Este prototipo es un paso hacia la creación de pantallas de pulsera que pudieran mostrar mapas y otra información a los soldados. Sin embargo las imágenes cambian al ritmo dictado por el papel electrónico, que es lento. No obstante la electrónica funciona lo suficientemente bien como para ser combinada con otras tecnologías de píxel flexible más rápidas. Uno de los principales candidatos es una pantalla reflectante, en color y con capacidad de vídeo que HP está desarrollando.
Cuando Taussig lleva los rollos acabados de circuitos de plástico entre las oficinas de sus colegas, observa el papel colocado en todas partes—carteles de motivación inte a, cómics, lo habitual en las paredes de un cubículo. Sueña con el día en que el plástico que lleva en las manos pueda reemplazar a todo eso.