Os óculos inteligentes são amplamente considerados uma tecnologia inovadora, pois conseguem projetar informações digitais diretamente no campo de visão de uma pessoa. No entanto, a adoção no mundo real tem sido lenta, em grande parte devido ao hardware necessário para alimentar essas telas, que tem sido volumoso e impraticável. Um obstáculo importante vem da óptica clássica, que sugere que diminuir os pixels emissores de luz eficientes para a escala do próprio comprimento de onda da luz não deve funcionar.
Físicos da Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) agora superaram essa barreira. Usando antenas ópticas especialmente projetadas, a equipe construiu o que descrevem como o menor pixel já criado. O grupo de pesquisa, liderado pelos Professores Jens Pflaum e Bert Hecht, reportou o avanço na revista Science Advances.
Um Display 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, ao mesmo tempo amplificando e emitindo a luz gerada, criamos um pixel para luz laranja em uma área que mede 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 referência, um nanômetro é um milionésimo de milímetro. Com 300 por 300 nanômetros, esses pixels são extremamente pequenos. De fato, um projetor ou display com resolução de 1920 x 1080 pixels poderia caber em uma área de apenas um milímetro quadrado. Tais 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 várias camadas orgânicas ultra finas posicionadas entre dois eletrodos. Quando a eletricidade passa, os elétrons e lacunas se recombinam dentro da camada ativa. Esse processo excita as moléculas orgânicas, que, por sua vez, liberam energia na forma de quanta de luz. Como cada pixel produz sua própria luz, não é necessário um retroiluminador separado. Esse design possibilita pretos profundos, cores vibrantes e desempenho energético eficiente para dispositivos de realidade aumentada e virtual (AR e VR).
Por Que Reduzir os Pixels OLED É Tão Difícil
Simplesmente escalar os designs existentes de OLED não funciona na escala nanométrica. A equipe de Würzburg descobriu que a corrente elétrica não se espalha uniformemente quando a estrutura se torna extremamente pequena. “Assim como um para-raios, simplesmente reduzir o tamanho do conceito consolidado de OLED faria com que as correntes emitisse principalmente dos cantos da antena”, explica Jens Pflaum, elucidando a física subjacente. A antena de ouro utilizada no dispositivo tem a forma de um cubo com dimensões de 300 por 300 por 50 nanômetros.
“Os campos elétricos resultantes gerariam forças tão fortes que os átomos de ouro se tornariam móveis, crescendo gradualmente no material opticamente ativo”, continua Pflaum. Esses crescimentos em forma de fio, conhecidos como filamentos, continuariam se estendendo até criar um curto-circuito e destruírem o pixel.
Camada Isolante Previna Curto-Circuitos
Para resolver esse problema, os pesquisadores introduziram uma camada isolante precisamente projetada acima da antena óptica. Essa camada deixa apenas uma abertura circular com diâmetro de 200 nanômetros no centro. Ao bloquear a corrente de fluir nas bordas e cantos, o design assegura operação estável e confiável do diodo emissor de luz nano. Nessas condições, a formação de filamentos é impedida. “Mesmo os primeiros nanopixels foram estáveis por duas semanas em condições ambiente”, diz Bert Hecht, descrevendo o resultado.
O próximo objetivo da equipe é aumentar a eficiência além do atual nível de um por cento e estender a faixa de cores para cobrir todo o espectro RGB. Atingir esses marcos abriria caminho para uma nova geração de displays miniaturizados “feitos em Würzburg”. No futuro, displays e projetores baseados nessa tecnologia poderiam se tornar tão compactos que seriam quase invisíveis quando integrados em dispositivos vestíveis, desde armações de óculos até lentes de contato.
