Las gafas inteligentes se consideran una tecnología innovadora porque pueden proyectar información digital directamente en la visión de una persona. Sin embargo, la adopción en el mundo real se quedó atrás, en gran parte porque el hardware necesario para alimentar estas pantallas era pesado y poco práctico. Un obstáculo importante proviene de la óptica clásica, que sugiere que los píxeles emisores de luz eficientes no deberían comprimirse en la escala de la propia longitud de onda de la luz.
Los físicos de la Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) ahora han superado ese obstáculo. Utilizando antenas ópticas especialmente diseñadas, el equipo creó lo que describieron como los píxeles más pequeños jamás creados. El grupo de investigación, dirigido por los profesores Jens Flamm y Bert Hecht, informó sobre los avances en la revista Science Advances.
Una pantalla Full HD en un milímetro cuadrado
“Con un contacto metálico que permite la inyección de corriente en un diodo emisor de luz orgánico y al mismo tiempo amplifica y emite la luz generada, hemos creado un píxel de luz naranja en un área de sólo 300 por 300 nanómetros. Este píxel es tan brillante como un típico píxel OLED de 5 micrómetros”, explica Bert Hecht describiendo los principales resultados del estudio.
A escala, un nanómetro es una millonésima de milímetro. Estos píxeles, de 300 por 300 nanómetros, son notablemente pequeños. De hecho, un proyector o pantalla con una resolución de 1920 x 1080 píxeles puede caber en un área de sólo un milímetro cuadrado. Unas dimensiones tan compactas podrían permitir construir una pantalla directamente en la patilla de unas gafas, con la luz proyectada dirigida a las lentes.
La tecnología OLED se basa en múltiples capas orgánicas ultrafinas intercaladas entre dos electrodos. Cuando se corta la corriente, los electrones y los huecos se recombinan dentro de la capa activa. Este proceso excita las moléculas orgánicas, que luego liberan energía en forma de cuantos de luz. Debido a que cada píxel genera su propia luz, no se requiere una luz de fondo separada. Este diseño permite negros profundos, colores vivos y un rendimiento energéticamente eficiente para dispositivos de realidad virtual y aumentada (AR y VR).
¿Por qué es tan difícil reducir los píxeles OLED?
Simplemente escalar los diseños OLED existentes a la nanoescala no funciona. El equipo de Würzburg descubrió que cuando la estructura se vuelve demasiado pequeña, la corriente eléctrica no se distribuye uniformemente. “Al igual que un pararrayos, simplemente reduciendo el tamaño del concepto OLED establecido, las corrientes emanan principalmente de las esquinas de la antena”, explica Jens Flam, explicando la física subyacente. La antena dorada utilizada en el dispositivo es como un cuboide que mide 300 por 300 por 50 nanómetros.
“Los campos eléctricos resultantes crearían una fuerza tan fuerte que los átomos de oro se volverían móviles y gradualmente se convertirían en material ópticamente activo”, continuó Plam. Estos hilos en forma de crecimiento conocidos como filamentos continuarán expandiéndose hasta crear un cortocircuito y destruir el píxel.
La capa aislante evita cortocircuitos.
Para resolver este problema, los investigadores introdujeron una capa aislante diseñada con precisión encima de la antena óptica. Esta capa deja sólo una abertura circular con un diámetro de 200 nanómetros en el centro. Al bloquear la corriente que fluye en los bordes y esquinas, el diseño garantiza un funcionamiento estable y confiable de los nanodiodos emisores de luz. En estas condiciones se evita la formación de filamentos. “Incluso los primeros nanopíxeles se mantuvieron estables durante dos semanas en condiciones ambientales”, explica Bert Hecht al describir los resultados.
El próximo objetivo del equipo es aumentar la eficiencia más allá del nivel actual del uno por ciento y ampliar la gama de colores para cubrir todo el espectro RGB. Alcanzar estos hitos allanará el camino para una nueva generación de expositores en miniatura “Made in Würzburg”. En el futuro, las pantallas y proyectores basados en esta tecnología podrían volverse tan compactos que se vuelvan casi invisibles cuando se integren en dispositivos portátiles, desde monturas de gafas hasta lentes de contacto.
