Пиксель на службе человечества

Изображение: Huw Jones / Getty Images / Fotobank.ru

Британские ученые разработали технологию создания миниатюрных экранов высокого разрешения

Артем Асташенков

10 июля, 2014 13:05

5 мин

Британские ученые разработали принципиально новую технологию производства дисплеев. Нанопиксели из материалов с фазовым переходом позволят изготавливать полноцветные экраны для очков, контактных линз, и даже искусственную сетчатку. Описание новой технологии опубликовано 9 июля в журнале Nature.

Пиксель — условное название для минимальной единицы изображения с индивидуальным цветом. Любой графический файл — это описание расположения и цвета серии таких единиц. При печати оно воплощается в точках краски на бумаге. На экране компьютера, телевизора или телефона каждый пиксель — это миниатюрное устройство, меняющее свой цвет. Чем больше точек, тем детальней изображение (выше его разрешение). Чем меньше каждый отдельный пиксель, тем больше их можно вместить на заданную поверхность, или, наоборот, тем сильнее можно уменьшить площадь экрана без потери деталей.

Пиксели, как элементы экрана, могут работать на разных принципах. Сейчас чаще всего встречаются жидкие кристаллы (особое вещество меняет ориентацию молекул в зависимости от электрического поля, преломляя проходящий свет заданным образом) и светодиоды (полупроводниковые устройства, излучающие свет с определенной длинной волны). Инженеры постоянно работают над уменьшением размера таких пикселей — сейчас они измеряются десятыми и сотыми долями миллиметра.

Ученые из Оксфордского университета представили новый принцип устройства пикселей, позволяющий создавать нанометровые точки. Это позволит разместить миниатюрные экраны высокого разрешения практически на любой поверхности, в том числе гибкой. Система работает даже при нанесении на мягкую пленку толщиной всего 200 нанометров, так что подойдет для линз очков, складных экранов, лобовых стекол автомобилей и контактных линз. Дисплеи традиционных размеров, изготовленные по этой технологии, будут обладать на несколько порядков более высокой плотностью пикселей. Авторы полагают, что на основе их технологии удастся создать даже искусственную сетчатку глаза, имитирующую природные фоторецепторы.

Атомно-силовой микроскоп. Фото: bioimaging.dbi.udel.edu (http://bioimaging.dbi.udel.edu/)

Атомно-силовой микроскоп. Фото: http://bioimaging.dbi.udel.edu/

Открытие стало возможным благодаря нетрадиционному применению давно существующей технологии. Изначально ученые занимались более фундаментальной проблемой, чем создание нового типа дисплея. Они изучали связь между оптическими и электрическими свойствами материалов с фазовым переходом.

Существует группа материалов, легко переходящих из аморфного в кристаллическое состояние и обратно, потребляя (и сохраняя) или выделяя при этом большой объем энергии. Среди бытовых предметов этот принцип используется, например, в химических грелках: похожее на соль вещество внутри них при сильном нагревании становится жидким. Если затем активировать катализатор, оно снова начнет затвердевать и при этом выделять тепло.

Материалы с фазовым переходом используются для хранения не только энергии, но и информации. Например, в перезаписываемых компакт-дисках используется сплав из германия, сурьмы и теллура — GST, или GeSbTe. На чистом диске он находится в кристаллическом состоянии, а короткие мощные импульсы лазера при записи создают аморфные участки в общей поверхности вещества. Как оказалось, GST может лечь в основу и нового поколения дисплеев.

Группа исследователей из Оксфордского университета обнаружила, что если слой GST толщиной в семь нанометров разместить между двумя слоями прозрачного электрода, на нем можно рисовать при помощи слабого тока. Сначала они смогли создать статичное монохромное изображение шириной 70 микрометров на цельном куске материала, переведя часть поверхности в непрозрачное кристаллическое состояние при помощи атомно-силового микроскопа.

Чтобы изменить фазовое состояние GST, достаточно 20 наносекунд, так что для создания на его основе дисплея сложные устройства, рисующие картинки на единой поверхности, излишни. Вместо этого можно использовать множество меньших квадратов «электрод-GST-электрод», которые будут быстро и целиком менять цвет под действием электричества — это и есть принципиально новые пиксели, которые разработали британские ученые.

Каждый из таких квадратов имеет сторону 300 нанометров. Чем тоньше слой GST, тем выше контрастность. Он произвольно «включается» или «выключается» слабым электрическим импульсом. Цвет пикселя зависит от толщины нижнего слоя электрода, так что разноцветное изображение можно будет формировать по тому же принципу, что и в светодиодных мониторах — группируя точки разных базовых цветов.

Хотя технология еще далека от практического применения, оксфордские ученые уже оформили на нее патент и ведут переговоры о финансировании с корпорациями, занимающимися производством всевозможной электроники.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе