Os óculos inteligentes são amplamente vistos como uma tecnologia inovadora porque podem projetar informações digitais diretamente na linha de visão de uma pessoa. No entanto, a adoção no mundo real ficou atrasada, em grande parte porque o hardware necessário para alimentar esses monitores é volumoso e impraticável. Um grande obstáculo vem da óptica clássica, que mostra que estreitar os pixels emissores de luz efetivos ao comprimento de onda da luz em si não funciona.
Os físicos da Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) já superaram esse obstáculo. A equipe usou antenas ópticas especialmente projetadas para construir o que dizem ser os menores pixels já criados. A equipe de pesquisa liderada pelos professores Jens Pflaum e Bert Hecht relata esse desenvolvimento na revista Science Advances.
Um milímetro quadrado de tela Full HD
Descrevendo as principais descobertas do estudo, Bert Hecht disse: “Com a ajuda de contatos metálicos que podem injetar corrente em diodos emissores de luz orgânicos e, ao mesmo tempo, amplificar e emitir a luz produzida, criamos um pixel de luz laranja em uma área de apenas 300 x 300 nanômetros. O pixel é tão brilhante quanto um pixel OLED convencional com dimensões normais de 5 x 5 mícrons.”
Em termos de escala, um nanômetro equivale a um milionésimo de milímetro. Esses pixels medem 300 x 300 nanômetros, o que é muito pequeno. Na verdade, um projetor ou monitor com resolução de 1920 x 1080 pixels só cabe em uma área de um milímetro quadrado. Um tamanho tão compacto permitiria que a tela fosse construída diretamente na haste de um par de óculos e direcionasse a luz projetada para as lentes.
A tecnologia OLED depende de múltiplas camadas orgânicas ultrafinas localizadas entre dois eletrodos. Quando a corrente passa, 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 há necessidade de uma luz de fundo separada. O design oferece pretos profundos, cores vivas e desempenho de economia de energia para dispositivos de realidade aumentada e realidade virtual (AR e VR).
Por que diminuir pixels OLED é tão difícil
Simplesmente reduzir os designs OLED existentes não funcionará na escala nanométrica. A equipa de Würzburg descobriu que quando as estruturas se tornam extremamente pequenas, as correntes não se espalham uniformemente. “Tal como acontece com os pára-raios, a simples redução do tamanho dos conceitos OLED existentes resulta na emissão de corrente principalmente pelos cantos da antena”, disse Jens Pflaum, explicando a física básica. A antena de ouro usada no dispositivo tem formato de cubóide e mede 300 x 300 x 50 nanômetros.
“O campo elétrico resultante criará uma força tão forte que os átomos de ouro que se tornarem móveis crescerão gradualmente em materiais opticamente ativos”, continuou Pflaum. Esses crescimentos semelhantes a fios, chamados filamentos, se esticam até formar um curto-circuito e destruir o pixel.
Camada de isolamento evita curto-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 no centro com diâmetro de 200 nanômetros. Este design garante uma operação estável e confiável dos nanodíodos emissores de luz, bloqueando o fluxo de corrente nos cantos. 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.
Os próximos objetivos da equipe são 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 microdisplays “Made in Würzburg”. No futuro, os monitores 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.
