Ao expandir os projetos existentes para eletrodos de painanãis solares ultrafinos, pesquisadores de Stanford e colaboradores na Coreia desenvolveram uma nova arquitetura para OLED - diodos emissores de luz orga¢nicos - telas que podem permitir televisores, smartphones e dispositivos de realidade virtual ou aumentada com resoluções de até10.000 pixels por polegada (PPI). (Para efeito de comparação, as resoluções dos novos smartphones são em torno de 400 a 500 PPI.)

Esses monitores de alta densidade de pixels sera£o capazes de fornecer imagens impressionantes com detalhes realistas - algo que seráainda mais importante para monitores de fone de ouvido projetados para ficar a apenas alguns centa­metros de nosso rosto.

O avanço ébaseado 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 a¡gua”, disse Brongersma, que éprofessor de ciência e engenharia de materiais e autor saªnior do artigo cienta­fico de 22 de outubro que detalha essa pesquisa. “O campo da fota´nica em nanoescala continua trazendo novas surpresas e agora estamos comea§ando 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 “metafota´nicos” também seriam mais brilhantes e teriam melhor precisão de cores do que as versaµes existentes, e seriam muito mais fa¡ceis e econa´micos de produzir também.

No coração de um OLED estãomateriais orga¢nicos emissores de luz. Estes são ensanduichados entre eletrodos altamente reflexivos e semitransparentes que permitem a injeção de corrente no dispositivo. Quando a eletricidade flui atravanãs de um OLED, os emissores emitem luz vermelha, verde ou azul. Cada pixel em um display OLED écomposto de subpixels menores que produzem essas cores prima¡rias. Quando a resolução ésuficientemente alta, os pixels são percebidos como uma cor pelo olho humano. Os OLEDs são uma tecnologia atraente porque são finos, leves e flexa­veis e produzem imagens mais brilhantes e coloridas do que outros tipos de monitores.

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 atravanãs de uma malha de metal fina para controlar a composição de cada pixel. Eles são 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 contanãm uma pilha de todos os três emissores e, em seguida, depende de filtros para determinar a cor final do subpixel, que émais simples de fabricar. Como os filtros reduzem a saa­da 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 canãlula solar ultrafina que ele estava desenvolvendo Laborata³rio de Brongersma e percebeu que tinha aplicações além da energia renova¡vel.

“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 éo 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.

A inovação crucial por trás do painel solar e do novo OLED éuma camada base de metal reflexivo com ondulações em nanoescala (menores que microsca³picas), chamada metassuperfa­cie a³ptica. A metassuperfa­cie pode manipular as propriedades reflexivas da luz e, assim, permitir que as diferentes cores ressoem nos pixels. Essas ressona¢ncias são essenciais para facilitar a extração de luz eficaz dos OLEDs.

“Isso ésemelhante ao modo como os instrumentos musicais usam ressona¢ncias acaºsticas para produzir tons bonitos e facilmente auda­veis”, disse Brongersma, que conduziu esta pesquisa como parte do Laborata³rio Geballe de Materiais Avana§ados em Stanford.

Por exemplo, os emissores vermelhos tem 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 luminescaªncia - uma medida de quanto brilhante éa tela em comparação com quanta energia ela usa. Eles também permitem uma densidade de pixels ultra-alta de 10.000 pixels por polegada.

Os pra³ximos passos para integrar este trabalho em um display de tamanho normal estãosendo perseguidos pela Samsung, e Brongersma aguarda ansiosamente os resultados, esperando estar entre as primeiras pessoas a ver o meta-display OLED em ação.