8 دقیقه
پژوهشگران دانشگاه ETH زوریخ دیودهای نانوOLEDیی توسعه دادهاند که آنچنان کوچکاند که با چشم غیرمسلح محو میشوند. این منابع نور که در حدود 100 نانومتر قطر دارند، صدها برابر کوچکتر از سلولهای بیولوژیک معمولی هستند و میتوانند رزولوشن نمایشگرها و کنترل نور در دستگاههای فشرده را بازتعریف کنند. این پیشرفت در زمینه نمایشگرهای میکرو و فناوری نانوفوتونیک میتواند تأثیر مستقیمی بر توسعه نمایشهای فوقفشرده، سنسورهای زیستی و دستگاههای واقعیت مجازی و افزوده داشته باشد.
Tiny diodes, gigantic pixel density
تیم تحقیقاتی از ساخت دیودهایی با قطر نزدیک به 100 نانومتر خبر داده است — رقمی که تقریباً 50 برابر ریزتر از پیشرفتهترین پیکسلهایی است که امروز در صنعت نمایشگر استفاده میشود. برای نشاندادن مقیاس، پژوهشگران با استفاده از ۲۸۰۰ عدد از این دیودها لوگوی ETH زوریخ را بازتولید کردند؛ تمام لوگو تنها ۲۰ میکرومتر فضا اشغال کرد، اندازهای که با یک سلول انسانی قابلمقایسه است. این نمونه تجربی نشان میدهد که چگونه مجموعهای از نانوپیکسلها میتواند تصویری با جزئیات بسیار بالا را در ابعاد میکروسکوپی بازتولید کند.
این چگالی بستهبندی به یک تراکم پیکسلی شگفتانگیز حدود ۵۰٬۰۰۰ پیکسل در اینچ (ppi) میانجامد، رقمی که تقریباً ۲٬۵۰۰ برابر متراکمتر از نمایشگرهای رایج کنونی است. از منظر کاربری، چنین تراکمی میتواند اثر «درِ شبیهسازی» یا screen-door effect در هدستهای واقعیت مجازی را از بین ببرد و تصویری بسیار نزدیک به کیفیت طبیعی چشم انسان فراهم آورد. در نتیجه، تجربههای VR/AR با وضوحی بسیار بالاتر، عمق میدان بهتر و نویز کمتر قابل حصول خواهد بود.
How physics makes ultra-small pixels work
پیشرفت فراتر از کوچکسازی فیزیکی دیودها است و به بنیادهای فیزیکی امواج نور بازمیگردد. زمانی که منابع نور در فاصلهای کمتر از نیم طولموج نور (تقریباً ۲۰۰–۴۰۰ نانومتر برای نور مرئی) قرار بگیرند، امواج نور یکدیگر را تحت تأثیر قرار میدهند؛ بهصورتی که تداخلهای سازنده و مخرب پدید میآیند. این تعامل موجی به محققان اجازه میدهد تا الگوهای تابش را بدون حرکت دادن قطعات مکانیکی هدایت کنند و به نوعی نقشهبرداری فضایی از فاز و شدت نور ایجاد کنند. به این ترتیب محدودیتهای نوری کلاسیکِ موسوم به «حد پراش» (diffraction limit) تا حدی قابل دورزدن میشوند و کنترل جهت تابش تنها با آرایش و فرمان الکتریکی به نانوOLEDها امکانپذیر میگردد.
دکتر تاماسو مارکاتو، از پژوهشگران اصلی، این اثر را مشابه «پرتاب دو سنگ به داخل سطح آرام آب» تشبیه میکند، جایی که موجها در نقاطی برخورد میکنند و یکدیگر را تقویت یا حذف میکنند. با طراحی دقیق چیدمان اِمترها (emitters)، تیم میتواند نور را بهصورت الکتریکی کانونی، هدایت یا شکلدهی کند، بیآنکه به عدسیهای متحرک یا مکانیزمهای اپتیکی بزرگ نیازی باشد. این توانایی برای «برنامهریزی میدان الکترومغناطیسی» در مقیاس نانومقیاس، پایهای برای ساخت نمایشگرها و اپتیکهای جدید فراهم میآورد.
What this enables next
- VR and AR: چگالی پیکسل بسیار بالا میتواند هدستهایی شبیه به عینک ارائه دهد که وضوحی نزدیک به دنیای واقعی دارند و پیکسلهای قابلمشاهده ندارند؛ این موضوع کیفیت تصویری، راحتی دید و پذیرش کاربر را در برنامههای واقعیت مجازی و افزوده بهطور چشمگیری افزایش میدهد. کاربرد در نمایش محتوای پزشکی، آموزشی و شبیهسازیهای صنعتی نیز با این فناوری دگرگون میشود.
- Microscopy and lab tools: آرایههای نانوOLED میتوانند بهعنوان منابع روشنایی دقیق برای میکروسکوپهای پیشرفته مورد استفاده قرار گیرند. کنترل موجی و کانونی کردن الکترونیکی نور در مقیاس نانو این امکان را میدهد که نورپردازیهای الگویشده بسازیم، کنتراست را افزایش دهیم و تکنیکهای تصویربرداری فلوئورسنس و سوپربازتفکیک (super-resolution) را بهبود بخشیم. بهویژه در میکروسکوپهای نوری که به نور متمرکز و قابلکنترل نیاز دارند، نانوOLEDها میتوانند مجموعهای از قابلیتهای جدید فراهم کنند.
- Biosensing: آرایههای نورتابِ فشرده و با رزولوشن بالا میتوانند به شناسایی سیگنالهای نورانی بسیار ضعیف از ساختارهای تکسلولی کمک کنند یا بهعنوان منبع نور در دستگاههای تشخیصی فوقحساس عمل کنند. کاربردها در ایمونوسنسور، تشخیص زودهنگام بیماریها، تصویربرداری نورانی از فعالیتهای سلولی و ثبت سیگنالهای عصبی تکسلولی از جمله موارد بالقوهاند.
- Holography: نمایشهای هولوگرافیک سهبعدی واقعی با امکان تولید و هدایت نور در سطح نانومتر نزدیکتر به واقعیت میشوند؛ زمانی که هر پیکسل میتواند فاز و آمplitude میدان الکتریکی محلی را کنترل کند، تولید جلوههای سهبعدی و فلوئنت هولوگرافیک با کیفیت بالاتر ممکن میشود. این پیشرفت میتواند مسیر توسعه نمایشگرهای هولوگرافیک تعاملی، نمایش جزئیات دقیق در آموزش و طراحی را هموار کند.
نتایج منتشرشده در نشریه Nature Photonics گامی بلند بهسوی نمایشگرها و سامانههای اپتیکیاند که قبلاً بیشتر در حوزه تئوری بودند تا کاربرد عملی. در حالی که تجاریسازی این فناوری به موانع تولیدی و یکپارچهسازی تکنولوژیک برخورد خواهد کرد — از جمله چالشهای لیتوگرافی در مقیاس نانو، اتصال الکترونیکی پیکسلها، کنترل حرارتی و دوام مواد ارگانیک در شرایط کاری — دامنه کاربردهای بالقوه از الکترونیک مصرفی و دستگاههای پزشکی تا ابزارهای علمی گسترده است. تولید صنعتی نیازمند توسعه فرآیندهای ساخت تکرارپذیر، راهحلهای بستهبندی برای حفاظت از ساختارهای نانومتری و روشهای اتصال الکتریکی با راندمان بالا برای هر نانوپیکسل خواهد بود.
برای روشنتر کردن موضوع، میتوان چند محور فنی و اجرایی را که برای تبدیل این تحقیق به محصول ضروریاند، فهرست کرد: اول، بهینهسازی مواد آلی و ساختارهای لایهای در دیودها برای افزایش کارایی کوانتومی و طول عمر. دوم، توسعه روشهای لیتوگرافیک یا مونتاژ خودآرایشی (self-assembly) که بتوانند میلیونها نانوپیکسل را با دقت بالا تولید کنند. سوم، طراحی الکترونیک رانشدهنده (driving electronics) با راندمان توان بسیار بالا و نویز پایین برای کنترل مستقل هر نانوپیکسل. چهارم، چارهاندیشی برای مدیریت حرارت و ثبات طولانیمدت در محیطهای عملی.
از منظر رقابتی، نانوOLEDها پتانسیل افزایش چشمگیر تراکم پیکسل و کاهش چشمگیر حجم اپتیکهای مورد نیاز را دارند، در مقایسه با فناوریهای رقیب مانند میکرولنزها، میکروLEDها یا آرایههای متحرک DLP. هر یک از این فناوریها مزیتها و چالشهای خاص خود را دارند؛ بهعنوان مثال میکروLEDها از لحاظ روشنایی و کارایی توان در شرایط روشنایی بالا قویترند، اما تولید در مقیاس نانو و کنترل فازی نور در آنها پیچیدهتر است. نانوOLEDها اما امکان یکپارچهسازی آسانتر با سطوح انعطافپذیر و کنترل موجی فاز را فراهم میآورند که در برخی کاربردها برتری میدهد.
علاوه بر موارد فنی، جنبههای اقتصادی و زنجیره تأمین نیز تعیینکننده خواهند بود. هزینههای ساخت اولیه برای فناوریهای نانو معمولاً بالا است، اما با بهبود فرآیندها و رسیدن به تیراژ تولید، هزینهها کاهش مییابد. حمایت سرمایهگذاری و همکاریهای صنعتی میان دانشگاه، شرکتهای نیمههادی و تولیدکنندگان تجهیزات لیتوگرافی میتواند مسیر تجاریسازی را تسریع کند. همچنین همکاری میان تیمهای فوتونیک، مواد آلی و میکروالکترونیک برای حل مسائل بینرشتهای حیاتی است.
در زمینه تحقیقات آتی، چند جهت روشن است: مطالعه پایداری طولانیمدت نانوOLEDها در شرایط دما و رطوبت متفاوت؛ بررسی روشهای کنترل فاز و آمplitude بهصورت پیکسلی برای کاربردهای هولوگرافی؛ و توسعه الگوریتمها و معماریهای درایور برای نقشهبرداری تصویر به الگوی فازی موردنیاز. همچنین کار بر روی ترکیب نانوOLEDها با حسگرها و الکترونیک منبع توان میتواند دستگاههای خودکفای جدیدی مانند نمایشگر-حسگرهای مینیاتوری ایجاد کند که برای اینترنت اشیاء نوری و کاربردهای پزشکی پوشیدنی جذاباند.
در نهایت، باید توجه داشت که انتشار این یافتهها در Nature Photonics نشان از اعتبار علمی و بازبینی دقیق دارد، اما تبدیل یک کشف آزمایشگاهی به محصولی تجاری که در بازار جای خود را باز کند، معمولاً نیازمند زمان، سرمایه و مجموعهای از توسعههای فنی تکمیلی است. با این حال، چشمانداز فناوری نمایشگر با نانوOLEDها — از لحاظ رزولوشن، قابلیت هدایت موجی نور، و یکپارچهسازی با ابزارهای میکروالکترونیک — آیندهای جذاب و مملو از فرصتهای نوآورانه پیش رو دارد.
منبع: smarti
نظرات
نووا_ای
فردا ممکنه همه چیز عوض شه؛ کاربردای پزشکی و هولوگرافی واقعا چشمگیرن. مسیر تجاریسازی طولانیه ولی امیدوارم.
سکایچرخ
خیلی هیجانانگیز اما یه ذره بزرگنمایی میکنن بنظرم، هزینه و بسته بندی؟ هنوز باید دید. با این حال جذابه.
آرمین
من تو یه آزمایشگاه کوچیک دیدم OLEDها بعد از چند ماه کم نور میشن، اگه عمرشونو حل کنن خیلی عالیه. تجربه شخصی
بیوانیکس
این چیزی که میگن رو واقعا میشه صنعتی کرد؟ لیتوگرافی نانو و دوام مواد، سختتر از این حرفاست مگه نه؟
دیتاپال
وای، صدالبته که شگفتانگیزه! اگه این واقعا کار کنه، VR دیگه رو خواب نخواهم دید... هیجان دارم! 😮
ارسال نظر