Επιστήμονες δημιούργησαν το μικρότερο pixel στον κόσμο!

Μια ομάδα Φυσικών κατάφερε να φτάσει σε ένα νέο όριο σμίκρυνσης ανακοινώνοντας την κατασκευή του μικρότερου pixel που έχει δημιουργηθεί ποτέ. Η ανακάλυψη αυτή, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Science Advances, ανοίγει τον δρόμο για οθόνες με πυκνότητα ανάλυσης τόσο υψηλή που θα μπορούσαν να χωρέσουν Full HD περιεχόμενο στην επιφάνεια ενός ψίχουλου.

Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής Φυσικούς από το Πανεπιστήμιο του Würzburg στη Γερμανία, ανέπτυξε ένα pixel διαστάσεων μόλις 300 επί 300 νανομέτρων. Για να γίνει αντιληπτό το μέγεθος, αυτό είναι περίπου 17 φορές μικρότερο από ένα τυπικό pixel σε μια σύγχρονη OLED οθόνη, αλλά με παρόμοια φωτεινότητα. Με τη νέα τεχνολογία, ένα τετραγωνικό χιλιοστό θα μπορούσε να φιλοξενήσει ανάλυση 1920 x 1080 pixel, δηλαδή την πλήρη ανάλυση μιας Full HD οθόνης, σε επιφάνεια μικρότερη από ένα κεφάλι καρφίτσας.

Το pixel αυτό έχει ακόμα μια ιδιαιτερότητα: εκπέμπει φως αυτόνομα, χωρίς εξωτερική πηγή φωτισμού, κάτι που το καθιστά ιδανικό για μικροσκοπικές, ενεργειακά αποδοτικές οθόνες και επόμενης γενιάς φορητές συσκευές, όπως έξυπνους φακούς επαφής ή AR displays ενσωματωμένα σε γυαλιά.

Για να κατανοήσουμε τη σημασία αυτής της εξέλιξης, αξίζει να θυμηθούμε πώς λειτουργεί η τεχνολογία OLED. Οι OLED (Organic Light-Emitting Diodes) αποτελούνται από εξαιρετικά λεπτές οργανικές στρώσεις τοποθετημένες ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια. Όταν διοχετεύεται ηλεκτρικό ρεύμα, το οργανικό υλικό διεγείρεται και απελευθερώνει ενέργεια υπό μορφή φωτός.

Σε θεωρητικό επίπεδο, όσο μικρότερο είναι ένα pixel, τόσο περισσότερα μπορούν να χωρέσουν σε μια οθόνη, αυξάνοντας έτσι την ανάλυση και την ευκρίνεια της εικόνας. Ωστόσο, η συρρίκνωση σε τόσο μικρή κλίμακα δεν είναι απλή υπόθεση. Οι ερευνητές σημειώνουν ότι οι υπάρχουσες τεχνολογίες αντιμετωπίζουν τεράστιες προκλήσεις παραγωγής και απώλειες απόδοσης όταν φτάνουν στο επίπεδο του ενός μικρομέτρου ή μικρότερου.

Ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια στην περαιτέρω σμίκρυνση των OLED pixels είναι το μήκος κύματος του ορατού φωτός, που κυμαίνεται μεταξύ 400 και 700 νανομέτρων. Όταν οι διαστάσεις ενός pixel γίνονται μικρότερες από αυτά τα μήκη κύματος, εμφανίζονται ανισορροπίες στην ηλεκτρική κατανομή μέσα στο σύστημα, φαινόμενα που παραπέμπουν στη συμπεριφορά ενός αλεξικέραυνου, όπου τα ηλεκτρικά φορτία συγκεντρώνονται στις άκρες.

«Αν μειώσουμε απλώς το μέγεθος ενός κλασικού OLED, τα ρεύματα θα εκπέμπονταν κυρίως από τις γωνίες, όπως ακριβώς συμβαίνει σε μια κεραία», εξήγησε ο Jens Pflaum, Φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Würzburg και συν-συγγραφέας της μελέτης.

Η καινοτομία της ομάδας έγκειται στη δημιουργία μιας εξαιρετικά λεπτής μονωτικής στρώσης με ένα μικροσκοπικό κυκλικό άνοιγμα στο κέντρο, τοποθετημένη πάνω από μια οπτική κεραία από χρυσό. Αυτή η δομή όχι μόνο απέτρεψε τον σχηματισμό των ανεπιθύμητων «νημάτων» ρεύματος που κατέστρεφαν το pixel, αλλά και επέτρεψε στην κεραία να συγκεντρώνει την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια, ενισχύοντας έτσι τη φωτεινότητα.

Σύμφωνα με τον Bert Hecht, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας, τα πρώτα νανο-pixels που κατασκευάστηκαν ήταν αξιοσημείωτα σταθερά, διατηρώντας την απόδοσή τους για δύο εβδομάδες υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, ένα σημαντικό βήμα σε σύγκριση με προηγούμενες απόπειρες που κατέρρεαν μέσα σε λίγες ώρες.

Φυσικά, το σύστημα βρίσκεται ακόμα σε πειραματικό στάδιο. Η απόδοσή του φτάνει μόλις το 1%, κάτι που σημαίνει ότι προς το παρόν δεν μπορεί να συγκριθεί με εμπορικές OLED οθόνες. Παρ’ όλα αυτά, η μελέτη εξαλείφει ένα από τα πιο δύσκολα τεχνικά εμπόδια στη σμίκρυνση των pixels, ανοίγοντας τον δρόμο για επόμενες βελτιώσεις.

Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε, στο μέλλον, να οδηγήσει σε οθόνες τόσο μικρές και λεπτές ώστε να ενσωματώνονται σχεδόν αόρατα σε φορητές ή ιατρικές συσκευές. «Με αυτή την προσέγγιση, οθόνες και προβολείς θα μπορούσαν μια μέρα να χωρούν σε σκελετούς γυαλιών ή ακόμα και σε φακούς επαφής», αναφέρουν οι επιστήμονες.

[source]