6 Minutės
Tyrėjai iš ETH Ciuricho sukūrė nanoOLED diodus, kurie yra tokie smulkūs, jog plika akimi praktiškai nematomi. Maždaug 100 nanometrų skersmens nanoemiteriai yra šimtus kartų mažesni už įprastas biologines ląsteles ir gali esmingai pakeisti ekranų skiriamąją gebą, optinį valdymą bei apšvietimo sprendimus kompaktiškuose įrenginiuose. Šiandienos pažanga susijusi ne tik su komponentų miniatiūrizacija — ji atveria naujas galimybes kuriant mikroekranus, aukštos raiškos optinius modulius ir jutiklius, kurių iki šiol nebuvo galima įgyvendinti dėl difrakcijos bei konstrukcinių ribojimų. Be to, tokių nanoOLED masinis pritaikymas galėtų paveikti vartotojų elektroniką, medicininę įrangą bei mokslo instrumentus.
Maži diodai, milžiniškas pikselių tankis
Komanda praneša apie diodus, kurių skersmuo artimas 100 nm — tai maždaug 50 kartų mažiau nei pažangiausi pramonėje šiuo metu naudojami pikseliai. Kad iliustruotų mastą, tyrėjai panaudojo 2 800 tokių diodų ETH Ciuricho logotipui atkurti; visas ženklo plotas užėmė vos 20 mikrometrų, kas yra panašus dydis į vieną žmogaus ląstelę. Toks tankumas reiškia, jog teorinė pikselių koncentracija gali pasiekti apie 50 000 taškų colyje (ppi), kas yra maždaug 2 500 kartų didesnis tankis nei tipiniuose dabartiniuose ekranuose.
Tokia pikselių koncentracija leidžia mintyse nubraižyti scenarijus, kuriuose virtualios realybės (VR) akiniai arba išmanūs žiūronai demonstruoja itin detalų vaizdą be matomų pikselių ar „screen-door“ efekto. Be to, nanoemiterių išdėstymas ir valdymas gali suteikti galimybę kurti per kelis žingsnius kompaktiškesnius, lengvesnius bei estetiškai patrauklesnius ekranų modulius, kurie būtų pritaikomi ne tik pramogoms, bet ir profesionaliems prietaisams, pavyzdžiui, medicininei vaizdinimo įrangai ar mikroskopams, kuriems reikalingas itin tikslus apšvietimas.
Kaip fizika leidžia veikti itin mažiems pikseliams
Už šios miniatiūrizacijos slypi ne tik gamybos meistriškumas, bet ir šviesos bangų fizika. Kai šviesos šaltiniai yra išdėstyti arčiau už apytiksliai pusę bangos ilgio (maždaug 200–400 nm regimojo spektro atveju), jų bangos pradeda tarpusavyje sąveikauti — formuodamos interferencijos ir stiprinimo ar slopinimo modelius, kuriuos galima krypti ir fokusuoti be judančių mechaninių elementų. Tokia artimosios lauko (near-field) ir fazinio valdymo (phased-array) koncepcija leidžia apeiti tradicinius optinius apribojimus, dažnai vadinamus difrakcijos riba, ir valdyti šviesos kryptį elektroniškai paprasčiausiai keičiant nanoOLED elementų pašvietimo fazes ir amplitudes.
Toks fazinis ar interferencinis valdymas reikalauja išsamaus supratimo apie skirtingų bangos ilgių sklaidą, koherenciją ir difuziją aplink mikroemiterius. Praktikoje tai reiškia, kad dizainas turi atsižvelgti į medžiagų optines charakteristikas, paviršiaus topografiją ir sąveiką su aplinkine optine infrastruktūra (pvz., lęšiais, filtrais ar antirefleksinėmis dangomis). Taip pat svarbi yra elektroninė kontrolė: norint perjungti arba keisti afermas tarp tūkstančių nanoemiterių realiu laiku, reikia pažangių tvarkyklių (driver IC), maitinimo valdymo, aktyvių matricų ir valdymo algoritmų, kurie gali sinchronizuoti emisiją milisekundžių ar net mikrosekundžių tikslumu.
Vyriausiasis projekto tyrėjas dr. Tommaso Marcato paaiškina šį reiškinį palyginimu: „tai kaip mesti du akmenis į ramią duobę — bangos susikerta, sustiprina viena kitą arba atšaukia. Projektuodami emiterių išdėstymą, galime elektroniškai krypdyti ir fokusuoti šviesą, o ne mechaniniu būdu.“ Šis vaizdingas palyginimas pabrėžia interferencijos ir fazės sąveikų svarbą, kurios leidžia nanoOLED masyvams elgtis panašiai kaip faziniai antenų masyvai radijo dažnių srityje, tik optiniame domaine ir su žymiai trumpesniu bangos ilgiu.
Ką tai atveria ateityje
- VR ir AR: itin didelis pikselių tankis gali suteikti akiniais primenančius arba visiškai plonų korpusų nešiojamus įrenginius su gyvybingais, natūraliais vaizdais be matomų pikselių. Tokie mikroekranai būtų ypač svarbūs profesinėse srityse — pavyzdžiui, chirurgijoje, aviacijoje ar šiuolaikinėje gamybos pramonėje, kur reikalingas itin didelis detalumas ir mažas vaizdo vėlinimas.
- Mikroskopija ir laboratoriniai įrankiai: nanoOLED masyvai gali veikti kaip labai tikslūs apšvietimo šaltiniai pažangiems mikroskopams, lemiantys selektyvų apšvietimą, konfidencialią dalelių iliustraciją arba kelių bangos ilgių sinchronizuotą apšvietimą fluorescencinėms metodikoms. Tokie šviesos moduliai gali padidinti šviesai jautrių eksperimentų lankstumą ir sumažinti optinių sistemų dydį bei sudėtingumą.
- Biosensing: kompaktiškos, didelės skiriamosios gebos šviesos masės gali padėti aptikti pavienius nervinių ląstelių signalus, optiškai lokalizuoti biologinius procesus arba veikti kaip dalis ultrajautrių diagnostikos įrenginių. Dėl galimybės kreipti ir moduliuoti apšvietimą labai tiksliai, nanoOLED sprendimai gali padėti sukurti naujos kartos optinius biosensorus ir biomedicinos diagnostikos platformas.
- Holografija: tikri 3D holografiniai ekranai tampa labiau pasiekiami, kai šviesa gali būti generuojama ir kryptingai valdyta nanomasteliu. Tokia technologija leidžia tiksliau kurti fazines ir amplitudines šviesos sklaidos struktūras, reikalingas erdviniams vaizdams generuoti be papildomų optinių mechanizmų.
Šie atvirosios prieigos ir mokslinės publikacijos rezultatai, paskelbti žurnale Nature Photonics, yra žingsnis link anksčiau teorinių idėjų įgyvendinimo. Nors komercinė gamyba susidurs su reikšmingais iššūkiais — tokiomis kaip mastelio keitimas, gamybos defektų kontrolė, ilgaamžiškumo užtikrinimas bei integracija su esamais elektroniniais ir optiniais komponentais — potencialios taikymo sritys apima vartotojų elektroniką, medicininius prietaisus, mokslo instrumentus ir pramonės optinius modulius. Tolimesni tyrimai turės susitelkti į medžiagų stabilumą, emisijos efektyvumo didinimą, šilumos valdymą ir patikimų tvarkyklių kūrimą.
Technologijos plėtra reikalauja kelių paralelinių veiksmų: pažangių litografijos metodų adaptavimo masinei gamybai, elektroninių valdiklių integravimo į mikroekranų architektūras, bei tarptautinių standartų kūrimo, kad būtų užtikrintas suderinamumas ir kokybė. Be to, saugos, ekologinio poveikio ir perdirbimo aspektai taps svarbūs, kai šių komponentų kiekiai augs vartotojų rinkose. Tiek mokslinis bendradarbiavimas, tiek privačios įmonės investicijos bus būtinos, kad nanoOLED idėja būtų paversta patikimomis, prieinamomis ir ilgalaikėmis technologijomis.
Apibendrinant, ETH Ciuricho tyrimas atveria platesnį kelią link itin mažų optinių emiterių masyvų, kurie gali transformuoti ekranų technologijas, optinį valdymą ir optinius jutiklius. Nors laukas vis dar yra dinaminių tyrimų objektas, jau dabar aišku, kad nanoemiterių architektūros ir šviesos bangos fizikos derinys gali sukurti naujas galimybes tiek pramonei, tiek mokslo bendruomenei.
Šaltinis: smarti
Komentarai
Tomas
Ar tikrai galima tai masiškai gamint? 50k ppi skamba per gerai. Problemos: mastelio keitimas, stabilumas, valdikliai, perdirbimas... skeptiškas, bet stebėsiu
duompulsas
oho 100 nm?! Tai jau beveik kosmosas... VR be screen‑door?? būtų wow, bet kaip su kaina ir šiluma, ilgalaikiškumu, defektais? įdomu
Palikite komentarą