"Розумні" окуляри широко розглядаються як проривна технологія, оскільки вони можуть проєктувати цифрову інформацію безпосередньо в полі зору людини. Однак їх впровадження у реальному світі відстає, в основному через громіздкість та непрактичність обладнання, необхідного для роботи цих дисплеїв. Серйозною перешкодою є класична оптика, яка передбачає, що зменшення ефективних світловипромінювальних пікселів до масштабу власної довжини хвилі світла не повинно працювати.
Фізики з університету Вюрцбурга імені Юліуса Максиміліана (JMU) подолали цей бар'єр. Використовуючи спеціально розроблені оптичні антени, команда створила, за їхніми словами, найменший піксель із будь-коли створених. Дослідницька група під керівництвом професорів Єнса Пфлаума та Берта Хехта повідомила про досягнення у журналі Science Advances.
Дисплей Full HD на площі всього один квадратний міліметр
"Завдяки металевому контакту, що дозволяє подавати струм в органічний світлодіод, одночасно посилюючи та випромінюючи світло, що генерується, ми створили піксель для помаранчевого світла на площі всього 300 на 300 нанометрів. Цей піксель також яскравий, як і звичайний піксель OLED з розмірами 5 на 5 мікрометрів", — каже Берт Хехт, описуючи ключове відкриття дослідження.
Для порівняння, нанометр – це одна мільйонна частина міліметра. При розмірах 300 на 300 нанометрів ці пікселі дуже малі. Фактично, проєктор або дисплей з роздільною здатністю 1920 x 1080 пікселів міг би поміститися на площі лише один квадратний міліметр. Такі компактні розміри дозволили б вбудувати дисплей безпосередньо в дужки окулярів, направляючи світло, що проєктується, на лінзи.
Технологія OLED заснована на використанні декількох надтонких органічних шарів між двома електродами. Коли через активний шар проходить електричний струм, електрони та дірки рекомбінують усередині нього. Цей процес збуджує органічні молекули, які потім вивільняють енергію у вигляді квантів світла. Оскільки кожен піксель випромінює власне світло, окреме підсвічування не потрібно. Така конструкція забезпечує глибокий чорний колір, яскраві кольори та енергоефективність для пристроїв доповненої та віртуальної реальності (AR та VR).
Чому зменшення розмірів пікселів OLED таке складне
Просте зменшення теперішніх конструкцій OLED не працює на нанорівні. Команда з Вюрцбурга виявила, що електричний струм не розподіляється поступово, коли структура стає дуже малою. "Як і у випадку з громовідведенням, просте зменшення розміру теперішньої концепції OLED призведе до того, що струм виходитиме в основному з кутів антени", — каже Йенс Пфлаум, пояснюючи фізику, що лежить в основі. Золота антена, що використовується в пристрої, має форму паралелепіпеда розміром 300 на 300 на 50 нанометрів.
"В результаті електричні поля, що виникають, створюють настільки потужні сили, що рухливі атоми золота поступово вростають в оптично активний матеріал", — продовжує Пфлаум. Ці ниткоподібні утворення, відомі як філаменти, продовжують рости, доки не викличуть коротке замикання і не зруйнують піксель.
Ізоляційний шар запобігає коротким замиканням
Для розв'язання цієї проблеми дослідники запровадили точно спроєктований ізоляційний шар над оптичною антеною. Цей шар залишає в центрі лише круглий отвір діаметром 200 нанометрів. Блокуючи протікання струму по краях та кутах, конструкція забезпечує стабільну та надійну роботу наносвітлодіода. У цих умовах запобігається утворення філаментів. "Навіть перші нанопікселі залишалися стабільними протягом двох тижнів в умовах навколишнього середовища", - говорить Берт Хехт, описуючи результат.
Наступна мета команди - підвищити ефективність вище поточного рівня в один відсоток і розширити діапазон кольорів, щоб охопити весь спектр RGB. Досягнення цих цілей відкриє шлях нового покоління мініатюрних дисплеїв, «зроблених у Вюрцбурзі». У майбутньому дисплеї та проєктори, засновані на цій технології, можуть стати настільки компактними, що будуть практично непомітні при інтеграції в пристрої, що носяться, від оправ окулярів до контактних лінз.
