W nowym wyświetlaczu OLED, którego autorami są specjaliści z Samsunga i Uniwersytetu Stanforda, upakowano prawie 10 000 pikseli na cal. Prace te mogą doprowadzić do powstania zaawansowanych wyświetlaczy do rzeczywistości wirtualnej i rzeczywistości rozszerzonej.

Wyświetlacz OLED składa się z warstw organicznych podzespołów, które emitują światło w reakcji na przepływ prądu. W komercyjnych dużych telewizorach OLED osiągana jest obecnie rozdzielczość 100-200 pikseli na cal (PPI), podczas gdy w wyświetlaczach telefonów udaje się osiągnąć 400-800 PPI.

Na skalę przemysłową produkuje się dwa rodzaje wyświetlaczy OLED. W urządzeniach przenośnych wykorzystywane są czerwone, zielone i niebieskie organiczne LED (OLED). Używana jest tutaj także metalowa powłoka, której grubość decyduje o wielkości diod, natomiast tendencja metalu do wybrzuszania się ogranicza wielkość wyświetlacza. W dużych wyświetlaczach OLED, stosowanych w telewizorach, mamy zaś białe diody i umieszczone nad nimi kolorowe filtry. W tym przypadku filtry ograniczają możliwość zmniejszania diod decydując w ten sposób o tym ile ich można rozmieścić, a zatem o rozdzielczości.

Charakterystyka EL pikseli meta-OLED.
( A ) Schematyczny diagram projektu meta-OLED z lustrem metapowierzchniowym. ITO, tlenek cyny indu. ( B ) (Po lewej) Zdjęcie komórki testowej meta-OLED, która składa się z czterech sekcji i jest zasilana napięciem 3 V. Wstawka przedstawia obraz z mikroskopu optycznego (OM) trzech luster trójwymiarowych o różnych odstępach (P 1 do P 9 ). (Po prawej) Obrazy z mikroskopu atomowego przedstawiają macierze nanofilarów o różnych skokach (P 1 = 160 nm do P 9 = 380 nm) i stałej średnicy (80 nm) i wysokości (80 nm). ( C ) Obrazy SEM z lotu ptaka (u góry) i przekroju poprzecznym (u dołu) metalustra Ag wytworzonego za pomocą litografii nanoimprint. ( D.) Obrazy OM (układ trzy na trzy) meta-OLED z obciążeniem 3 V. Kolor emisji meta-OLED można regulować w szerokim zakresie, kontrolując fazę odbicia każdego metalustra. W układzie trzy na trzy każdy metalustra ma powierzchnię 300 μm na 300 μm. Średnice nanopilarów to 80, 100 i 120 nm. Całkowite grubości OLED określające kolor tła na płaskim obszarze lustra wynoszą odpowiednio 135 i 165 nm dla niebieskiego i zielonego. ( E ) Widma EL pokazujące ciągłe dostrajanie widmowe emisji z podziałką słupkową. Na potrzeby tych pomiarów utworzono większe (600 μm na 600 μm) piksele, aby uzyskać wysokie widma sygnału do szumu. Wysokość i średnica kolumny utrzymywano na stałym poziomie, odpowiednio, 80 i 100 nm, a grubość OLED wynosiła 135 nm. au, jednostki arbitralne.

Nowy wyświetlacz ma całkowicie odmienną budowę. Użyto tam warstwy OLED emitującej białe światło. Jest ona zamknięta pomiędzy dwiema odbijającymi światło warstwami. Jedna z nich jest srebrna, druga zaś to „metapowierzchnia” (metalustro) założona z dużej liczby mikroskopijnych srebrnych pręcików. Odległości pomiędzy tymi pręcikami są mniejsze niż długość fali światła. Srebrne pręciki mają wysokość 80 nm, a ich szerokość wynosi 100 nm. Są one zorganizowane w klastry, z których każdy reprezentuje 1 piksel. szerokość takiego klastra wynosi 2,4 mikrometra, czyli na calu zmieści się ich około 10 000.

{Play}

Porównanie wydajności EL między meta-OLED (krzywe pełne) i białymi diodami OLED z filtrem koloru (krzywe przerywane).
( A ) Widma EL diod OLED zasilanych prądem 3 mA / cm 2 . Hybrydowe piksele RGB meta-OLED są nakładane za pomocą płaskiego lustra Ag dla widma niebieskiego i meta-luster dla widma zielonego i czerwonego. Części White-OLED są identyczne. ( B ) Luminancja jako funkcja gęstości prądu. Nachylenie wskazuje na efektywność luminancji.

Każdy piksel metapowierzchni nowego wyświetlacza podzielony jest na cztery subpiksele o jednakowych rozmiarach. Światło pada na pręciki i się od nich odbija. A o tym, jaki kolor ma światło odbite od każdego z pręcików decyduje odległość pomiędzy pręcikami. Tam, gdzie pręciki są najgęściej upakowane uzyskamy kolor czerwony, zielony podchodzi od pręcików umiarkowanie upakowanych, a niebieski uzyskuje się tam, gdzie między pręcikami są największe odległości.

Odbicie metaluster składających się z prostokątnego układu cylindrycznych nanosłupków.
( A ) Symulacje FDTD widmowego współczynnika odbicia i fazy odbicia dla metamierierści o średnicy nano ( d ) 80 nm, skoku ( p ) 180 nm i wysokości ( h ) w zakresie od 40 do 60 nm. Długość fali rezonansowej λ r wynosi 395 nm. Faza różnicowa( dϕ / δh ) wskazuje na zmianę fazy ze wzrostem wysokości słupka o 1 nm. ( B ) Rozkłady pola magnetycznego (Hy) padające na metalustra o wysokości 50 nm w (A). Długości fal padających na panele od I do IV wynoszą odpowiednio 370, 395, 420 i 445 nm. Gdy długość fali padającego światła staje się dłuższa niż λ r , tryb ograniczony stopniowo przenosi się do szczeliny między nanosłupkami (III i IV). ( C ) Zmierzone widma współczynnika odbicia metaluster przy czterech różnych średnicach nanosłupów ( h = 50 nm, odstęp = 100 nm). Wstawka pokazuje wynik symulacji FDTD. ( D.) Zależność opóźnienia fazowego od wysokości nanosłupów przy długościach fal RGB dla metaluster z filarami o średnicy 80 nm. Otwarte kółka (lub wypełnione krzywe) wskazują zmierzone (lub symulowane FDTD) wartości.

Światło wlelokrotnie odbija się pomiędzy warstwami, a w końcu z nich ucieka. Jak mówią badacze, dzięki takiej interakcji światła z materiałami wyświetlacza uzyskano też dwukrotnie większą jasność w porównaniu ze standardowymi OLED wykorzystującymi filtry oraz wyższą czystość kolorów. Inżynier Mark Brongersma ze Stanford University porównuje to do pudła rezonansowego instrumentów, które pozwala im na uzyskanie pięknego czystego dźwięku. To samo dzieje się tutaj ze światłem. Różne jego kolory rezonują z pikselami.

Główny autor badań, Won-Jae Joo z Samsung Advanced Institute of Technology mówi, że teoretyczny limit rozdzielczości takiego wyświetlacza to około 20 000 pikseli na cal. Problemem jest tutaj spadek jasności, do jakiego dochodzi, gdy pojedynczy piksel ma wymiary mniejsze niż mikrometr.

Meta-OLED o ultrawysokiej gęstości z pikselami RGB.
( A ) Obrazy EL przeplecionych meta-OLED RGB zaprojektowane w celu określenia limitu skalowania pikseli dla meta-OLED. Piksele RGB z przeplotem są widoczne w (C). Nanosłupki w zielonych i czerwonych metalustrach mają identyczne średnice (100 nm) i wysokości (80 nm), ale różne skoki odpowiednio 340 i 200 nm. Wstawki pokazują pięciokrotne powiększenia subpikseli 2,0 i 1,2 μm. Gęstość pikseli jest obliczana z uwzględnieniem układu BGRB. VR, rzeczywistość wirtualna; AR, rozszerzona rzeczywistość. ( B ) Symulowany przez FDTD rozkład H y- pola (λ = 620 nm) na krytycznie obniżonych czerwonych metalustrach. ( C.) Obraz SEM i odpowiadający mu obraz EL o wzorze subpikseli 1,2 μm. Żółta ramka wskazuje piksel BGRB. Zielony subpiksel ma wymiary tylko trzech nanosłupków na trzy nanosłupki.

 

 

Źródło: Spectrum IEEE, , https://science.sciencemag.org/content/370/6515/459/tab-figures-data, https://news.stanford.edu/2020/10/22/future-vr-employ-new-ultrahigh-res-display/
5 1 vote
Article Rating