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Un nuovo impulso per le soluzioni di realtà aumentata e virtuale potrebbe arrivare da questo display in grado di offrire anche immagini più luminose e con colori più brillanti.
I ricercatori dell’Università di Stanford e i loro colleghi in Corea hanno sviluppato una nuova architettura per display OLED che potrebbe abilitare televisori, smartphone e dispositivi di realtà virtuale con una elevatissima risoluzione, fino a 10.000 pixel per pollice (PPI). Attualmente le risoluzioni dei più moderni smartphone sono comprese tra 400 e 500 pixel per pollice.
Questo display potrebbe essere particolarmente utile per le tecnologie di realtà virtuale e aumentata perché l’elevata densità di pixel si traduce in immagini straordinarie con dettagli realistici, ancora più importante per i display che stanno a pochi centimetri dai nostri occhi.
La ricerca è stata condotta dal professore Mark Brongersma della Stanford University in collaborazione con il Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT). Brongersma è arrivato a questi risultati mentre stava lavorando a nuovi elettrodi per pannelli solari ultrasottili.
“Abbiamo approfittato del fatto che, su scala nanometrica, la luce può fluire attorno a sostanze come l’acqua“, ha detto Brongersma, professore di scienza dei materiali e autore senior del documento scientifico del 22 ottobre che descrive dettagliatamente questa ricerca. “Il campo della fotonica su scala nanometrica continua a portare nuove sorprese con ricadute su tecnologie reali. I nostri progetti hanno funzionato molto bene per le celle solari e ora abbiamo la possibilità di avere un impatto sui display di nuova generazione“.
Oltre ad avere una densità di pixel da record, i nuovi display OLED “metafotonici” sarebbero anche più luminosi e avrebbero una migliore accuratezza del colore rispetto alle versioni esistenti, e sarebbero anche molto più facili ed economici da produrre.
La tecnologia
Al centro di un OLED ci sono materiali organici che emettono luce. Questi sono inseriti tra elettrodi altamente riflettenti e semitrasparenti che consentono l’iniezione di corrente nel dispositivo. Quando l’elettricità scorre attraverso un OLED, gli emettitori emettono luce rossa, verde o blu. Ogni pixel in un display OLED è composto da sottopixel più piccoli che producono i colori primari. Quando la risoluzione è sufficientemente alta, i pixel vengono percepiti come un colore dall’occhio umano. Gli OLED sono una tecnologia interessante perché sono sottili, leggeri e flessibili e producono immagini più luminose e colorate rispetto ad altri tipi di display.
Display meta-OLED con strato metafotonico sottostante, che migliora la luminosità e il colore, mantenendo una elevata efficienza energetica.
Questa ricerca mira a offrire un’alternativa ai due tipi di display OLED attualmente disponibili in commercio. Un tipo, chiamato red-green-blue OLED, ha singoli sub-pixel che contengono ciascuno un solo colore di emissione. Questi OLED sono fabbricati spruzzando ciascun strato di materiale attraverso una sottile rete metallica per controllare la composizione di ogni pixel e possono essere prodotti solo su piccola scala.
I dispositivi più grandi come i televisori utilizzano display white OLED. In questo caso i pixel contengono tutti i tre elementi attivi impilati con filtri per determinare il colore, con un sistema produttivo più semplice del primo. Ma poiché i filtri riducono l’emissione luminosa complessiva, i display white OLED necessitano più energia e si bruciano più facilmente.
I display OLED erano nella mente di Won-Jae Joo, uno scienziato della SAIT, quando è rimasto a Stanford, dal 2016 al 2018. Durante quel periodo, Won-Jae Joo prese parte ad una presentazione del dottorando di Stanford Majid Esfandyarpour sulla tecnologia ultrasottile per celle solari che stava sviluppando nel laboratorio del prof. Brongersma rendendosi conto che quella tecnologia poteva avere altre applicazioni oltre a quelle nel campo delle energie rinnovabili.
“Le materie di ricerca del professor Brongersma erano tutte molto avanzate ed erano per me dei punti di riferimento nella mia attività di ricercatore presso Samsung Electronics“, ha detto Won-Jae Joo, che è l’autore principale dell’articolo di Science .
Dopo la presentazione Won-Jae Joo e Esfandyarpour hanno iniziato a collaborare coinvolgendo Stanford, SAI e Hanyang University in Corea.
“È stato molto emozionante vedere che un problema a cui abbiamo già pensato in un contesto diverso può avere un impatto così importante sui display OLED“, ha affermato Esfandyarpour.
Una base fondamentale
L’innovazione cruciale alla base sia del pannello solare che del nuovo OLED è uno strato di base di metallo riflettente con ondulazioni a livello di nanoscala (più piccole del microscopico), chiamate metasuperficie ottica. La metasuperficie può modificare le proprietà riflettenti della luce e quindi consentire ai diversi colori di risuonare nei pixel. Queste risonanze sono fondamentali per facilitare un’efficace estrazione della luce dagli OLED.
“Il tutto è molto simile agli strumenti musicali che usano le risonanze acustiche per produrre suoni belli e facilmente udibili“, ha detto Brongersma, che ha condotto questa ricerca come parte del Geballe Laboratory for Advanced Materials a Stanford.
Ad esempio, gli emettitori rossi hanno una lunghezza d’onda della luce maggiore rispetto agli emettitori blu, che, negli RGB-OLED convenzionali, si traduce in sub-pixel di diverse altezze. Per creare uno schermo piatto nel suo insieme, i materiali depositati sopra gli emettitori devono essere posati in spessori disuguali. Al contrario, nella nuova tecnologia OLED, le ondulazioni dello strato di base consentono a ciascun pixel di avere la stessa altezza e questo facilita un processo più semplice per la fabbricazione su larga scala e su piccola scala.
Nei test di laboratorio, i ricercatori hanno prodotto con successo pixel proof-of-concept in miniatura. Rispetto agli OLED bianchi con filtro colore (utilizzati nei televisori OLED), questi pixel avevano una maggiore purezza del colore e una efficienza di luminescenza doppia, un parametro che misura la quantità di luminosità rispetto all’energia utilizzata. Tutto ciò consente anche una densità elevatissima, di circa 10.000 pixel per pollice.
I prossimi passi per l’integrazione di questa ricerca in un display full-size sono affidati a Samsung con Brongersma che attende con impazienza i risultati, sperando di essere tra le prime persone a vedere il display meta-OLED in funzione.
Brongersma, Esfandyarpour e Won-Jae Joo di Samsung sono gli intestatari di una domanda di brevetto relativa a questa ricerca presentata da Samsung Electronics.
