Os óculos inteligentes são amplamente vistos como uma tecnologia inovadora porque podem projetar informações digitais diretamente na visão de uma pessoa. No entanto, a adopção no mundo real ficou para trás, em grande parte porque o hardware necessário para alimentar estes ecrãs era pesado e impraticável. Um grande obstáculo vem da óptica clássica, que sugere que pixels emissores de luz eficientes não devem ser comprimidos na escala do próprio comprimento de onda da luz.
Os físicos da Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) já superaram esse obstáculo. Usando antenas ópticas especialmente projetadas, a equipe criou o que descreveu como os menores pixels já criados. O grupo de pesquisa, liderado pelos professores Jens Flamm e Bert Hecht, relatou o progresso na revista Science Advances.
Uma tela Full HD em um milímetro quadrado
“Com um contato metálico que permite a injeção de corrente em um diodo emissor de luz orgânico e simultaneamente amplifica e emite a luz gerada, criamos um pixel para luz laranja em uma área medindo apenas 300 por 300 nanômetros. Esse pixel é tão brilhante quanto um típico pixel OLED5.micrômetros”, diz Bert Hecht, descrevendo as principais descobertas do estudo.
Para escala, um nanômetro equivale a um milionésimo de milímetro. Com 300 por 300 nanômetros, esses pixels são notavelmente pequenos. Na verdade, um projetor ou display com resolução de 1920 x 1080 pixels pode caber em uma área de apenas um milímetro quadrado. Essas dimensões compactas poderiam permitir que um display fosse construído diretamente no braço de um par de óculos, com a luz projetada direcionada para as lentes.
A tecnologia OLED depende de múltiplas camadas orgânicas ultrafinas imprensadas entre dois eletrodos. Quando a corrente é desligada, elétrons e lacunas se recombinam dentro da camada ativa. Este processo excita moléculas orgânicas, que então liberam energia na forma de quanta de luz. Como cada pixel gera sua própria luz, não é necessária uma luz de fundo separada. Este design permite pretos profundos, cores vivas e desempenho com eficiência energética para dispositivos de realidade aumentada e virtual (AR e VR).
Por que é tão difícil reduzir os pixels OLED?
Simplesmente dimensionar os designs OLED existentes para a nanoescala não funciona. A equipe de Würzburg descobriu que quando a estrutura fica muito pequena, a corrente elétrica não se espalha uniformemente. “Como um pára-raios, simplesmente reduzir o tamanho do conceito OLED estabelecido resultará em correntes que emanam principalmente dos cantos da antena”, diz Jens Flam, explicando a física subjacente. A antena de ouro usada no dispositivo é como um cubóide medindo 300 por 300 por 50 nanômetros.
“Os campos eléctricos resultantes criariam uma força tão forte que os átomos de ouro se tornariam móveis e gradualmente se tornariam material opticamente activo”, continuou Plam. Esses fios semelhantes a crescimento, conhecidos como filamentos, continuarão a se expandir até criarem um curto-circuito e destruirem o pixel.
A camada isolante evita curtos-circuitos
Para resolver este problema, os pesquisadores introduziram uma camada isolante projetada com precisão no topo 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 dos nanodiodos emissores de luz. Nestas condições, a formação de filamentos é evitada. “Mesmo os primeiros nanopixels permaneceram estáveis durante duas semanas em condições ambientais”, disse Bert Hecht, descrevendo os resultados.
O próximo objetivo da equipe é aumentar a eficiência além do nível atual de um por cento e expandir a gama de cores para cobrir todo o espectro RGB. Alcançar esses marcos abrirá caminho para uma nova geração de displays em miniatura “Made in Würzburg”. No futuro, os ecrãs e projetores baseados nesta tecnologia poderão tornar-se tão compactos que se tornarão quase invisíveis quando integrados em dispositivos vestíveis, desde armações de óculos a lentes de contacto.
