Телевизор в очках

Умные очки, то есть очки, отображающие информацию непосредственно в поле зрения, считаются ключевой технологией будущего, но до сих пор их применение часто терпело неудачу из-за громоздкости конструкции. Однако классическая оптика исключает возможность создания эффективных светоизлучающих пикселей, если их размер уменьшается до длины волны излучаемого света.

Физики из Вюрцбургского университета имени Юлиуса-Максимилиана (JMU) сделали решающий шаг к созданию миниатюрных светящихся дисплеев и с помощью оптических антенн создали самый маленький на сегодняшний день пиксель в мире. За эту работу отвечала исследовательская группа под руководством профессоров Йенса Пфлаума и Берта Хехта; результаты её работы были опубликованы в авторитетном журнале Science Advances.

Дисплей на квадратном миллиметре

«С помощью металлического контакта, позволяющего инжектировать ток в органический светодиод, одновременно усиливая и излучая генерируемый свет, мы создали пиксель оранжевого цвета на площади всего 300 на 300 нанометров. Этот пиксель такой же яркий, как и пиксель обычного OLED-дисплея размером 5 на 5 микрометров», — говорит Берт Хехт, описывая ключевой результат исследования. Для наглядности, нанометр — это одна миллионная миллиметра. Это означает, что дисплей или проектор с разрешением 1920 x 1080 пикселей легко поместится на площади всего один квадратный миллиметр. Это, например, позволяет интегрировать дисплей в дужки очков, откуда генерируемый свет будет проецироваться на линзы.

OLED состоит из нескольких сверхтонких органических слоёв, расположенных между двумя электродами. При протекании тока через этот слой электроны и дырки рекомбинируют и возбуждают органические молекулы в активном слое, которые затем высвобождают эту энергию в виде квантов света. Поскольку каждый пиксель светится самостоятельно, подсветка не требуется, что обеспечивает особенно глубокий чёрный цвет, яркие цвета и эффективное управление энергопотреблением для портативных устройств в сфере дополненной и виртуальной реальности (AR и VR).

Простая миниатюризация не работает

Ключевой проблемой, с которой столкнулись исследователи из Вюрцбурга при дальнейшей миниатюризации своих пикселей, было неравномерное распределение токов в таких малых размерах: «Как и в случае с громоотводом, простое уменьшение размера устоявшейся концепции OLED привело бы к тому, что токи стали бы исходить преимущественно из углов антенны», — говорит Йенс Пфлаум, описывая физическую подоплеку. Эта антенна, изготовленная из золота, имела бы форму прямоугольного параллелепипеда с длиной ребра 300 х 300 х 50 нанометров.

«Возникающие электрические поля будут генерировать настолько мощные силы, что атомы золота, становясь подвижными, постепенно превратятся в оптически активный материал», — продолжает Пфлаум. Эти сверхтонкие структуры, также известные как «нити», будут продолжать расти до тех пор, пока пиксель не будет уничтожен коротким замыканием.

Следующий шаг: повышение эффективности

Разработанная в Вюрцбурге структура содержит новый, специально изготовленный изоляционный слой поверх оптической антенны, оставляющий только круглое отверстие диаметром 200 нанометров в центре антенны. Такая конструкция блокирует токи, инжектируемые с краев и углов, обеспечивая надёжную и долговечную работу наносветодиода. В этих условиях образование нитей накала невозможно. «Даже первые нанопиксели сохраняли стабильность в течение двух недель в условиях окружающей среды», — говорит Берт Хехт, описывая результат.

На следующих этапах физики планируют ещё больше повысить эффективность с нынешнего уровня в один процент и расширить цветовой охват до RGB-спектрального диапазона. Тогда практически ничто не будет препятствовать появлению нового поколения миниатюрных дисплеев, «сделанных в Вюрцбурге». Благодаря этой технологии дисплеи и проекторы в будущем могут стать настолько миниатюрными, что их можно будет практически незаметно встраивать в носимые на теле устройства — от оправ для очков до контактных линз.