Scoperto il pixel più piccolo al mondo: rivoluziona i display OLED per occhiali intelligenti e dispositivi AR/VR
300 nanometri di luce: la scienza dietro il pixel più minuscolo.
Gli occhiali intelligenti, ovvero occhiali che visualizzano informazioni direttamente nel campo visivo, sono considerati una tecnologia chiave del futuro - ma finora il loro utilizzo è spesso fallito a causa di tecnologie ingombranti. Tuttavia, i pixel efficienti a emissione luminosa sono esclusi dall’ottica classica se la loro dimensione viene ridotta alla lunghezza d’onda della luce emessa.
Ora, i fisici della Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) hanno compiuto un passo decisivo verso display miniaturizzati luminosi e, con l’aiuto di antenne ottiche, hanno creato il pixel più piccolo al mondo fino ad oggi. Il lavoro è stato realizzato da un gruppo di ricerca guidato dai professori Jens Pflaum (2) e Bert Hecht (3); il gruppo ha pubblicato i risultati sulla rinomata rivista Science Advances (3).
Un Display su un Millimetro Quadrato
«Con l’aiuto di un contatto metallico che consente l’iniezione di corrente in un diodo organico a emissione luminosa, amplificando e irradiando contemporaneamente la luce generata, abbiamo creato un pixel per luce arancione su una superficie di appena 300 per 300 nanometri. Questo pixel è luminoso quanto un pixel OLED convenzionale con dimensioni normali di 5 per 5 micrometri», afferma Bert Hecht, descrivendo il risultato principale dello studio. Per dare un’idea, un nanometro è un milionesimo di millimetro. Ciò significa che un display o proiettore con risoluzione di 1920 x 1080 pixel potrebbe facilmente adattarsi a un’area di appena un millimetro quadrato. Questo, ad esempio, consente l’integrazione del display nelle aste di un paio di occhiali, da dove la luce generata verrebbe proiettata sulle lenti.
Un OLED è composto da diversi strati organici ultra-sottili racchiusi tra due elettrodi. Quando la corrente attraversa questa pila, elettroni e lacune si ricombinano ed eccitano elettricamente le molecole organiche nello strato attivo, che rilasciano poi questa energia sotto forma di quanti di luce. Poiché ogni pixel emette luce autonomamente, non è necessaria alcuna retroilluminazione, il che consente neri particolarmente profondi, colori vividi e una gestione energetica efficiente per dispositivi portatili nel campo della realtà aumentata e virtuale (AR e VR).
La Miniaturizzazione Semplice Non Funziona
Un problema chiave che i ricercatori di Würzburg hanno dovuto affrontare nella miniaturizzazione dei pixel era la distribuzione non uniforme delle correnti in queste piccole dimensioni: «Come per un parafulmine, ridurre semplicemente la dimensione del concetto OLED consolidato farebbe sì che le correnti vengano emesse principalmente dagli angoli dell’antenna», afferma Jens Pflaum, descrivendo il contesto fisico. Questa antenna, fatta d’oro, avrebbe la forma di un cuboide con lati di 300 per 300 per 50 nanometri.
«I campi elettrici risultanti genererebbero forze così intense da rendere mobili gli atomi d’oro, che crescerebbero gradualmente nel materiale otticamente attivo», continua Pflaum. Queste strutture ultra-sottili, note anche come “filamenti”, continuerebbero a crescere fino a distruggere il pixel tramite cortocircuito.
Prossimo Passo: Aumentare l’Efficienza
La struttura ora sviluppata a Würzburg contiene uno strato isolante appositamente realizzato e recentemente introdotto sopra l’antenna ottica, che lascia solo un’apertura circolare con diametro di 200 nanometri al centro dell’antenna. Questa configurazione blocca le correnti che verrebbero iniettate dai bordi e dagli angoli - consentendo così un funzionamento affidabile e duraturo del nano diodo a emissione luminosa. In queste condizioni, i filamenti non possono più formarsi. «Anche i primi nanopixel erano stabili per due settimane in condizioni ambientali», afferma Bert Hecht, descrivendo il risultato.
Nei prossimi passi, i fisici vogliono aumentare ulteriormente l’efficienza dall’attuale livello dell’uno percento ed espandere la gamma cromatica allo spettro RGB. A quel punto, praticamente nulla ostacolerà una nuova generazione di display miniaturizzati “made in Würzburg”. Con questa tecnologia, i display e i proiettori potrebbero diventare così piccoli in futuro da poter essere integrati quasi invisibilmente in dispositivi indossabili – dalle montature degli occhiali alle lenti a contatto.
Riferimenti:
(1) Individually addressable nanoscale OLEDs
(2) Jens Pflaum
(3) Bert Hecht
Descrizione foto: Creazione grafica. - Credit: Redazione ECplanet.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: The Smallest Pixel in the World