[논문] 물리학자들은 (지금까지) 세계에서 가장 작은 픽셀을 만듭니다

시야에 직접 정보를 표시하는 스마트 안경은 미래의 핵심 기술로 꼽히지만 지금까지는 번거로운 기술로 인해 활용에 실패하는 경우가 많았다. 그러나 효율적인 발광 픽셀은 그 크기가 방출된 빛의 파장으로 줄어들면 고전 광학에서는 배제됩니다.

이제 Julius-Maximilians-Universität Wurzburg(JMU)의 물리학자들은 발광 소형 디스플레이를 향한 결정적인 발걸음을 내디뎠습니다. 광 안테나세상에서 가장 작은 것을 만들었습니다 픽셀 현재까지.

Jens Pflaum 교수와 Bert Hecht 교수가 이끄는 연구 그룹이 작업을 담당했습니다. 그룹은 이제 그들의 작업 결과를 다음과 같이 발표했습니다. 과학 발전.

평방 밀리미터 단위의 디스플레이

“전류 주입을 허용하는 금속 접점의 도움으로 유기발광다이오드 생성된 빛을 증폭하고 방출하는 동시에 300 x 300 나노미터 크기의 영역에 주황색 빛을 위한 픽셀을 만들었습니다. 이 픽셀은 일반 크기가 5 x 5 마이크로미터인 기존 OLED 픽셀만큼 밝습니다.”라고 Hecht는 연구의 핵심 결과를 설명하면서 말했습니다.

이를 쉽게 이해하면 1나노미터는 1밀리미터의 100만분의 1입니다. 이는 1,920 x 1,080 픽셀의 해상도를 가진 디스플레이나 프로젝터가 단 1제곱밀리미터의 영역에 쉽게 들어갈 수 있음을 의미합니다. 예를 들어, 이는 다음의 통합을 가능하게 합니다. 표시하다 생성된 빛이 렌즈에 투사되는 안경 팔에 들어갑니다.

OLED는 두 개의 전극 사이에 내장된 여러 개의 초박형 유기층으로 구성됩니다. 이 스택을 통해 전류가 흐르면 전자와 정공이 재결합하여 활성층의 유기 분자를 전기적으로 여기시키고, 이 에너지를 광양자의 형태로 방출합니다.

각 픽셀이 스스로 빛나기 때문에 백라이트가 필요하지 않아 특히 깊은 검정색이 가능합니다. 생생한 색상효율적인 에너지 관리 휴대용 장치 증강현실과 가상현실(AR, VR) 분야에서

단순한 소형화는 효과가 없다

뷔르츠부르크에 본사를 둔 연구원들이 픽셀을 더욱 소형화하는 데 직면했던 주요 문제는 이러한 작은 크기에서 전류가 고르지 않게 분포된다는 점이었습니다.

“와 마찬가지로 피뢰침확립된 OLED 개념의 크기를 단순히 줄이면 전류가 주로 안테나 모서리에서 방출되게 됩니다.”라고 Pflaum은 물리적 배경을 설명하면서 말했습니다. 금으로 만들어진 이 안테나는 가장자리 길이가 300 x 300 x 50 나노미터인 직육면체 모양을 갖게 됩니다.

“결과적인 전기장은 이동성이 있는 금 원자가 점차적으로 광학 활성 물질로 성장할 정도로 강한 힘을 생성할 것입니다.”라고 Pflaum은 말합니다. “필라멘트”라고도 알려진 이러한 초박형 구조는 단락으로 인해 픽셀이 파괴될 때까지 계속해서 성장합니다.

다음 단계: 효율성 향상

현재 뷔르츠부르크에서 개발된 구조는 광학 안테나 상단에 새로 도입된 특별히 제조된 절연층을 포함하고 있으며 안테나 중앙에 직경 200나노미터의 원형 개구부만 남깁니다. 이러한 배열은 가장자리와 모서리에서 주입되는 전류를 차단하여 나노 발광 다이오드의 안정적이고 오래 지속되는 작동을 가능하게 합니다.

이러한 조건에서는 필라멘트가 더 이상 형성될 수 없습니다. Hecht는 “최초의 나노픽셀도 주변 조건에서 2주 동안 안정적이었습니다”라고 결과를 설명했습니다.

다음 단계에서 물리학자들은 효율을 현재 수준인 1%에서 더욱 높이고 색 영역을 RGB 스펙트럼 범위로 확장하기를 원합니다. 그러면 “뷔르츠부르크에서 만든” 차세대 소형 디스플레이를 방해하는 것은 거의 없을 것입니다.

이 기술을 사용하면 미래에는 디스플레이와 프로젝터가 너무 작아져서 안경테부터 콘택트 렌즈까지 신체에 착용하는 장치에 거의 눈에 띄지 않게 통합될 수 있습니다.