- Vědci vytvořili displej menší, než je zrnko písku
- Jednotlivé pixely jsou široké pouze 90 nanometrů
- Navíc dosahují extrémně vysokého rozlišení, jemnost je neuvěřitelných 127 000 ppi
Zní to až neuvěřitelně, ale podařilo se vyrobit displej, který je menší než zrnko písku, s tak jemným rozlišením, že ho lidské oko nedokáže rozlišit. Tak vypadá výsledek nejnovějšího výzkumu čínských vědců z Univerzity v Chang-čou, kteří ve spolupráci s odborníky z Cambridgeské univerzity vytvořili nejmenší fungující displej na světě. Pomocí materiálu zvaného perovskit dokázali vytvořit jednotlivé světelné body široké pouhých 90 nanometrů – tedy menší než většina známých virů.
Perovskit jako alternativa k drahým polovodičům?
Miniaturizace displejů je jedním z hlavních trendů moderní elektroniky – čím menší pixely, tím ostřejší obraz. Jenže zmenšování má své limity. Když se pokusíte z klasických polovodičových materiálů vyrobit světelné body menší než mikrometr, narazíte na hned několik problémů. Výroba se výrazně prodražuje, protože se stává technologicky náročnější, přesnost klesá a světelná účinnost rapidně padá.
Materiály, které fungují spolehlivě ve větším měřítku, najednou začínají ztrácet své klíčové vlastnosti. Elektrony se hůře pohybují, světlo se nešíří rovnoměrně a i malá chyba v krystalové struktuře může celý pixel znehodnotit.
A právě tady do hry vstupují perovskity jako nové materiály, které vědci objevili jako nečekaného favorita v oblasti optoelektroniky. Perovskit není jedna konkrétní látka, ale skupina krystalů s charakteristickou strukturou, která jim propůjčuje velmi zajímavé vlastnosti. Jsou levné, snadno se vyrábějí z běžně dostupných prvků a mají vynikající schopnost absorbovat i vyzařovat světlo. Co je ale klíčové: dají se „ladit“ – změnou jejich chemického složení lze ovlivnit jejich barvu, účinnost nebo stabilitu. Díky tomu se perovskity staly hvězdami v oblasti solárních článků, ale tím jejich potenciál zdaleka nekončí.
Tradiční miniaturizované LED displeje jsou dnes většinou založeny na sloučeninách ze skupiny polovodičů III–V, jako je galium arsenid. Ty však v extrémně malém měřítku přestávají být praktické – jsou drahé, technologicky komplikované a se zmenšováním klesá jejich výkon. Proto se tým vedený vědkyní Baodan Zhao z Číny rozhodl jít jinou cestou. Sáhl po perovskitu – krystalickém materiálu, který je nejen levnější a snazší na výrobu, ale zároveň si i při miniaturních rozměrech udržuje skvělé elektrické i optické vlastnosti.
To z něj činí ideálního kandidáta pro novou generaci LED technologií, které budou nejen menší, ale i výkonnější. Pro potřeby nano-LED displejů se nejčastěji používají tzv. halogenidové perovskity, konkrétně směsi obsahující kationty cesia (Cs⁺), olova (Pb²⁺) a halogenových prvků, jako je brom (Br⁻) nebo jód (I⁻). Typickou chemickou formuli lze zapsat jako CsPbBr₃.
Vědci vytvořili diody velké pouze 90 nm
Využitím perovskitu se vědeckému týmu podařilo vytvořit světelné diody nové generace – tzv. nano-PeLEDs (perovskitové světlo emitující diody). Tyto miniaturní pixely mají průměr pouhých 90 nanometrů, což je přibližně velikost některých virů nebo také desetitisíckrát méně než tloušťka lidského vlasu. Díky této extrémní miniaturizaci dokázali vědci sestavit displej s neuvěřitelnou jemností až 127 000 ppi (pixels per inch). Taková hustota představuje naprostý rekord a je několikanásobně vyšší než cokoli, co dnes známe z běžné elektroniky.
Můžeme to porovnat s nejmodernější smartphony, které se pyšní extrémně jemným obrazem, obvykle dosahují hustoty (jemnosti) okolo 400 až 500 ppi. Špičkové profesionální displeje, určené pro grafiky či designéry, se mohou dostat na 600 až 800 ppi. Ale číslo přesahující 100 000 ppi je zcela bezprecedentní.
Takový detail už lidské oko na běžnou vzdálenost vůbec nedokáže rozlišit. Otázkou je, jestli může mít tato technologie nějaký smysl, odpověď je ano. Její uplatnění najdeme zejména v případech, kdy se displej nachází velmi blízko oku, například v AR/VR brýlích nebo v extrémně malých zařízeních, kde každý mikroskopický detail hraje roli.
Ostrý obraz budoucnosti?
Nano-LED diody z perovskitu přinášejí nejen vysokou hustotu, ale také stabilní svítivost. Zatímco u jiných nano-LED se při zmenšování rapidně snižuje výkon, perovskit si zachovává velmi dobré světelné vlastnosti i při extrémní miniaturizaci. Díky tomu mohou být tyto pixely použity například v AR brýlích, VR headsetech, chytrých hodinkách nebo budoucích generacích mobilních telefonů. Uplatnění najdou i v profesionální technice, kde je potřeba maximální ostrost obrazu.
Technologie má ale zatím i své limity. Největším z nich je barevnost. Současné nano-LED diody z perovskitu dokáží svítit pouze jednou barvou. Pokud má tato technologie nahradit běžné displeje, bude potřeba vyvinout variantu schopnou zobrazit plnou škálu RGB barev. Vědci však věří, že právě schopnost ladit chemické složení perovskitu jim časem umožní vyrábět i barevné verze těchto LED.
Další výzvou je životnost. Zatím není zcela jasné, jak dlouho dokáží tyto extrémně malé pixely fungovat v reálném nasazení. I přes to se ale jedná o zásadní technologický milník, který může během několika let přepsat pravidla toho, jak vnímáme ostrost a kvalitu obrazu.
Josef Novák
Další dnešní články
