Tecnologia Científica

A RV do futuro poderia empregar uma nova tela de ultra-alta resolução
A pesquisa de painéis solares reaproveitados pode ser a base para um novo microdisplay de resolução ultra-alta. O display OLED apresentaria imagens mais brilhantes com cores mais puras e mais de 10.000 pixels por polegada.
Por Taylor Kubota - 25/10/2020

Ao expandir os projetos existentes para eletrodos de painéis solares ultrafinos, pesquisadores de Stanford e colaboradores na Coreia desenvolveram uma nova arquitetura para OLED - diodos emissores de luz orgânicos - telas que podem permitir televisores, smartphones e dispositivos de realidade virtual ou aumentada com resoluções de até 10.000 pixels por polegada (PPI). (Para efeito de comparação, as resoluções dos novos smartphones são em torno de 400 a 500 PPI.)

Os pesquisadores de Stanford ajudaram a desenvolver um novo tipo de display
OLED com resolução ultra-alta. Essa exibição pode ser especialmente útil para
tecnologias de realidade virtual e aumentada porque a alta densidade de pixels
resulta em imagens mais realistas. (Crédito
da imagem: Getty Images)

Esses monitores de alta densidade de pixels serão capazes de fornecer imagens impressionantes com detalhes realistas - algo que será ainda mais importante para monitores de fone de ouvido projetados para ficar a apenas alguns centímetros de nosso rosto.

O avanço é baseado na pesquisa do cientista de materiais da Universidade de Stanford Mark Brongersma em colaboração com o Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT). Brongersma foi inicialmente colocado neste caminho de pesquisa porque ele queria criar um design de painel solar ultrafino.

“Aproveitamos o fato de que, em nanoescala, a luz pode fluir em torno de objetos como a água”, disse Brongersma, que é professor de ciência e engenharia de materiais e autor sênior do artigo científico de 22 de outubro que detalha essa pesquisa. “O campo da fotônica em nanoescala continua trazendo novas surpresas e agora estamos começando a impactar tecnologias reais. Nossos projetos funcionaram muito bem para células solares e agora temos a chance de impactar as telas da próxima geração. ”

Além de ter uma densidade de pixel recorde, os novos displays OLED “metafotônicos” também seriam mais brilhantes e teriam melhor precisão de cores do que as versões existentes, e seriam muito mais fáceis e econômicos de produzir também.

Gemas escondidas

No coração de um OLED estão materiais orgânicos emissores de luz. Estes são ensanduichados entre eletrodos altamente reflexivos e semitransparentes que permitem a injeção de corrente no dispositivo. Quando a eletricidade flui através de um OLED, os emissores emitem luz vermelha, verde ou azul. Cada pixel em um display OLED é composto de subpixels menores que produzem essas cores primárias. Quando a resolução é suficientemente alta, os pixels são percebidos como uma cor pelo olho humano. Os OLEDs são uma tecnologia atraente porque são finos, leves e flexíveis e produzem imagens mais brilhantes e coloridas do que outros tipos de monitores.


Ilustração da tela meta-OLED e da camada metafotônica subjacente, que melhora
o brilho e as cores gerais da tela enquanto a mantém fina e com eficiência
energética. (Crédito da imagem: cortesia do Samsung
Advanced Institute of Technology)

Esta pesquisa tem como objetivo oferecer uma alternativa aos dois tipos de displays OLED atualmente disponíveis no mercado. Um tipo - chamado OLED vermelho-verde-azul - tem subpixels individuais, cada um contendo apenas uma cor de emissor. Esses OLEDs são fabricados pulverizando cada camada de materiais através de uma malha de metal fina para controlar a composição de cada pixel. Eles só podem ser produzidos em pequena escala, no entanto, como o que seria usado para um smartphone.

Dispositivos maiores, como TVs, utilizam telas OLED brancas. Cada um desses subpixels contém uma pilha de todos os três emissores e, em seguida, depende de filtros para determinar a cor final do subpixel, que é mais simples de fabricar. Como os filtros reduzem a saída geral de luz, as telas OLED brancas consomem mais energia e tendem a ter imagens queimadas na tela.

Visores OLED estavam na mente de Won-Jae Joo, um cientista do SAIT, quando ele visitou Stanford de 2016 a 2018. Durante esse tempo, Joo ouviu uma apresentação do estudante de graduação de Stanford Majid Esfandyarpour sobre uma tecnologia de célula solar ultrafina que ele estava desenvolvendo Laboratório de Brongersma e percebeu que tinha aplicações além da energia renovável.

“Os temas de pesquisa do professor Brongersma eram todos muito profundos do ponto de vista acadêmico e eram como joias escondidas para mim como engenheiro e pesquisador da Samsung Electronics”, disse Joo, que é o principal autor do artigo da Science .

Joo abordou Esfandyarpour após a apresentação com sua ideia, que resultou em uma colaboração entre pesquisadores de Stanford, SAI e da Universidade Hanyang na Coreia.

“Foi muito emocionante ver que um problema que já pensamos em um contexto diferente pode ter um impacto tão importante em telas OLED”, disse Esfandyarpour.

Uma base fundamental

A inovação crucial por trás do painel solar e do novo OLED é uma camada base de metal reflexivo com ondulações em nanoescala (menores que microscópicas), chamada metassuperfície óptica. A metassuperfície pode manipular as propriedades reflexivas da luz e, assim, permitir que as diferentes cores ressoem nos pixels. Essas ressonâncias são essenciais para facilitar a extração de luz eficaz dos OLEDs.

“Isso é semelhante ao modo como os instrumentos musicais usam ressonâncias acústicas para produzir tons bonitos e facilmente audíveis”, disse Brongersma, que conduziu esta pesquisa como parte do Laboratório Geballe de Materiais Avançados em Stanford.

Por exemplo, os emissores vermelhos têm um comprimento de onda de luz maior do que os emissores azuis, o que, em RGB-OLEDs convencionais, se traduz em subpixels de alturas diferentes. Para criar uma tela plana global, os materiais depositados acima dos emissores devem ser dispostos em espessuras desiguais. Em contraste, nos OLEDs propostos, as ondulações da camada de base permitem que cada pixel tenha a mesma altura e isso facilita um processo mais simples para a fabricação em larga escala, bem como em microescala.

Em testes de laboratório, os pesquisadores produziram com sucesso pixels de prova de conceito em miniatura. Comparados com OLEDs brancos filtrados por cor (que são usados ​​em televisores OLED), esses pixels tinham uma pureza de cor mais alta e um aumento de duas vezes na eficiência de luminescência - uma medida de quão brilhante é a tela em comparação com quanta energia ela usa. Eles também permitem uma densidade de pixels ultra-alta de 10.000 pixels por polegada.

Os próximos passos para integrar este trabalho em um display de tamanho normal estão sendo perseguidos pela Samsung, e Brongersma aguarda ansiosamente os resultados, esperando estar entre as primeiras pessoas a ver o meta-display OLED em ação.

 

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