Фізики з Університету Юліуса-Максиміліана у Вюрцбурзі створили найменший у світі світловипромінювальний піксель, зробивши прорив у напрямку надкомпактних дисплеїв для розумних окулярів та інших носимих пристроїв.
Революція для смартокулярів
Розумні окуляри — тобто пристрої, здатні показувати цифрову інформацію прямо перед очима користувача, — вважаються ключовим елементом майбутніх технологій доповненої реальності. Проте донині їхній розвиток гальмували громіздкі компоненти й оптичні обмеження, які не дозволяли ефективно випромінювати світло, коли розмір пікселів зменшується до масштабу однієї довжини хвилі.
Тепер дослідники з Вюрцбурга досягли значного прориву. Використовуючи оптичні антени, вони створили найменший світловипромінювальний піксель, який коли-небудь вдавалося виготовити. Роботу під керівництвом професорів Єнса Пфлаума та Берта Хехта опубліковано в журналі Science Advances.
Дисплей на площі менше міліметра
«Завдяки металевому контакту, який дозволяє вводити струм в органічний світлодіод (OLED), водночас підсилюючи й випромінюючи створене світло, ми створили піксель для помаранчевого світла розміром лише 300 на 300 нанометрів. Цей піксель такий самий яскравий, як і звичайний OLED-піксель розміром 5×5 мікрометрів», — пояснив Берт Хехт.
Для порівняння: один нанометр — це мільйонна частина міліметра. Це означає, що дисплей із роздільною здатністю 1920×1080 пікселів можна було б розмістити на площі лише 1 квадратного міліметра. Такий мікродисплей можна вбудувати, наприклад, у дужку окулярів, звідки світло проєктувалося б прямо на лінзи.
Як працює OLED
OLED складається з кількох надтонких органічних шарів, розміщених між двома електродами. Коли через них проходить струм, електрони та «дірки» з’єднуються, збуджуючи молекули у активному шарі. Ті випромінюють світло — тобто фотони.
Оскільки кожен піксель самостійно світиться, додаткове підсвічування не потрібне. Це забезпечує глибокі чорні кольори, яскраві відтінки та енергоефективність, що є вирішальним для пристроїв доповненої (AR) і віртуальної (VR) реальності.
Просте зменшення не працює
Однією з головних проблем, із якою зіткнулися вчені, була нерівномірність розподілу струму в таких мікроскопічних масштабах.
«Як і у випадку з блискавковідводом, просте зменшення розмірів звичайного OLED призвело б до того, що струм випромінювався б лише з кутів антени», — пояснює Єнс Пфлаум.
Золота антена мала форму паралелепіпеда розміром 300×300×50 нанометрів. Електричні поля створювали настільки сильні сили, що атоми золота ставали рухливими й починали вростати в активний шар, утворюючи тонкі нитки — філаменти. Вони росли доти, доки піксель не руйнувався через коротке замикання.
Нове рішення: стабільність і довговічність
Щоб подолати цю проблему, вчені додали спеціальний ізоляційний шар поверх оптичної антени, залишивши лише круглий отвір діаметром 200 нанометрів у центрі. Це блокує струм із кутів і країв, забезпечуючи стабільну роботу наносвітлодіода.
За таких умов філаменти більше не утворюються. «Перші нанопікселі працювали стабільно протягом двох тижнів у звичайних умовах», — зазначив Хехт.
Наступний крок — ефективність і колір
Далі команда планує підвищити ефективність із нинішнього рівня в 1% і розширити колірний діапазон до повного спектра RGB (червоний, зелений, синій). Після цього нічого не стоятиме на заваді новому поколінню мініатюрних дисплеїв, створених у Вюрцбурзі.
Такі технології можуть зробити дисплеї та проектори настільки малими, що їх можна буде вбудовувати практично непомітно у пристрої, які носять на тілі — від оправ окулярів до контактних лінз.
Джерело: portaltele.com.ua