Os óculos inteligentes são amplamente considerados uma tecnologia inovadora porque podem projetar informações digitais diretamente no campo de visão de uma pessoa. No entanto, a implementação no mundo real ficou atrasada, em grande parte porque o hardware necessário para alimentar esses monitores era complicado e impraticável. O principal obstáculo vem da óptica clássica, que sugere que reduzir os pixels emissores de luz efetivos para a escala do comprimento de onda da própria luz não deveria funcionar.
Os físicos da Universidade Julius Maximilian de Würzburg (JMU) superaram esta barreira. Usando antenas ópticas especialmente projetadas, a equipe criou o que descreve como o menor pixel já criado. Uma equipe de pesquisa liderada pelos professores Jens Pflaum e Bert Hecht relatou o progresso na revista Science Advances.
Tela Full HD de um milímetro quadrado
“Usando um contato metálico que permite que a corrente seja injetada no diodo orgânico emissor de luz, enquanto amplifica e emite a luz gerada, criamos um pixel para luz laranja em uma área de apenas 300 por 300 nanômetros. Este pixel é tão brilhante quanto um pixel OLED convencional com dimensões convencionais 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 excepcionalmente 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 podem permitir que o display seja embutido diretamente nas armações dos óculos, e a luz projetada será direcionada para as lentes.
A tecnologia OLED depende de várias camadas orgânicas ultrafinas colocadas entre dois eletrodos. Quando a eletricidade passa, elétrons e buracos se recombinam dentro da camada ativa. Este processo excita moléculas orgânicas, que então liberam energia na forma de quanta de luz. Como cada pixel produz sua própria luz, não é necessária uma luz de fundo separada. Este design oferece 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 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 muito pequena. “Tal como acontece com o pára-raios, a simples redução do tamanho do conceito OLED instalado fará com que as correntes sejam 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 paralelepípedo cúbico medindo 300 por 300 por 50 nanômetros.
“Os campos elétricos resultantes criarão forças tão fortes que os átomos de ouro, tornando-se móveis, crescerão gradualmente até se tornarem um material opticamente ativo”, continua Pflaum. Esses crescimentos semelhantes a fios, conhecidos como filamentos, continuarão até criarem um curto-circuito e destruírem o pixel.
A camada isolante evita curtos-circuitos
Para resolver este problema, os pesquisadores introduziram uma camada isolante projetada com precisão sobre a antena óptica. Essa camada deixa apenas um buraco 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 diodo emissor de luz nano. Nestas condições, a formação de fios 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 expandir a gama de cores para cobrir todo o espectro RGB. Alcançar esses marcos abriria 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 serão quase invisíveis quando integrados em dispositivos vestíveis, desde armações de óculos a lentes de contacto.
