O menor pixel OLED do mundo pode transformar óculos inteligentes

Os físicos da Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) já superaram essa barreira. Usando antenas ópticas especialmente projetadas, a equipe construiu o que descreve como o menor pixel já criado. O grupo de pesquisa, liderado pelos professores Jens Pflaum e Bert Hecht, relatou o avanço na revista Science Advances.

Uma tela Full HD em um milímetro quadrado

“Com a ajuda de um contato metálico que permite a injeção de corrente em um diodo orgânico emissor de luz e, ao mesmo tempo, amplifica e emite a luz gerada, criamos um pixel para luz laranja em uma área medindo apenas 300 por 300 nanômetros. Este pixel é tão brilhante quanto um pixel OLED convencional com dimensões normais de 5 por 5 micrômetros”, diz Bert Hecht, descrevendo a principal descoberta do estudo.

Para escala, um nanômetro equivale a um milionésimo de milímetro. Com 300 por 300 nanômetros, esses pixels são extraordinariamente pequenos. Na verdade, um projetor ou monitor com resolução de 1920 x 1080 pixels poderia caber em uma área de apenas um milímetro quadrado. Essas dimensões compactas poderiam permitir que um display fosse construído diretamente nos braços de um par de óculos, com a luz projetada direcionada para as lentes.

A tecnologia OLED depende de múltiplas camadas orgânicas ultrafinas posicionadas entre dois eletrodos. Quando a eletricidade passa, elétrons e buracos se recombinam dentro da camada ativa. Este processo excita as moléculas orgânicas, que então liberam energia na forma de quanta de luz. Como cada pixel produz sua própria luz, não é necessária nenhuma luz de fundo separada. Esse design permite pretos profundos, cores vibrantes e desempenho com eficiência energética para dispositivos de realidade aumentada e virtual (AR e VR).

Por que reduzir pixels OLED é tão difícil

Simplesmente reduzir os designs de OLED existentes não funciona em nanoescala. A equipe de Würzburg descobriu que a corrente elétrica não se espalha uniformemente quando a estrutura se torna extremamente pequena. “Tal como acontece com um pára-raios, simplesmente reduzir o tamanho do conceito OLED estabelecido faria com que as correntes fossem emitidas principalmente pelos cantos da antena”, diz Jens Pflaum, explicando a física subjacente. A antena de ouro usada no dispositivo tem o formato de um cubóide medindo 300 por 300 por 50 nanômetros.

“Os campos elétricos resultantes gerariam forças tão fortes que os átomos de ouro, tornando-se móveis, cresceriam gradualmente até se tornarem material opticamente ativo”, continua Pflaum. Esses crescimentos semelhantes a fios, conhecidos como filamentos, continuariam se estendendo até criarem um curto-circuito e destruírem o pixel.

Camada de isolamento evita curtos-circuitos

Para resolver este problema, os pesquisadores introduziram uma camada isolante projetada com precisão acima da antena óptica. Essa camada deixa apenas uma abertura circular com diâmetro de 200 nanômetros no centro. Ao bloquear o fluxo de corrente nas bordas e cantos, o design garante uma operação estável e confiável do nano diodo emissor de luz. Nestas condições, a formação de filamentos é evitada. “Mesmo os primeiros nanopixels permaneceram estáveis ​​durante duas semanas em condições ambientais”, diz Bert Hecht, descrevendo o resultado.

O próximo objetivo da equipe é aumentar a eficiência além do nível atual de um por cento e ampliar a gama de cores para cobrir todo o espectro RGB. Alcançar esses marcos abriria caminho para uma nova geração de displays em miniatura “feitos em Würzburg”. No futuro, os ecrãs e projetores baseados nesta tecnologia poderão tornar-se tão compactos que serão quase invisíveis quando integrados em dispositivos vestíveis, desde armações de óculos a lentes de contacto.