一組物理學家突破了顯示像素的極限，揭示了一種可以重塑可穿戴光學未來的新方法。

德國維爾茨堡大學的物理學家研制出了世界上最小的發光像素，這一突破有望造出超緊湊型顯示器，可適用于智能眼鏡和其他可穿戴設備。

智能眼鏡可以將數字信息直接投射到用戶的視野中，被視為未來可穿戴設備的基石。然而，到目前為止，由于元件體積龐大，以及像素縮小到單個波長尺寸時無法有效發光的光學限制，智能眼鏡的研發進展十分有限。

德國維爾茨堡尤利烏斯·馬克西米利安大學的科學家朝著制造超小型高亮度顯示器邁出了重要一步。他們利用光學天線制造出了有史以來最小的發光像素。該研究由延斯·普夫勞姆和伯特·赫克特教授領導，研究結果發表在期刊《科學進展》上。

這項研究的關鍵發現是，通過金屬觸點向有機發光二極管注入電流，同時放大并發射生成的光，研究人員在300×300納米的區域創建了一個橙色發光像素。這個像素的亮度與普通尺寸為5×5微米的傳統OLED像素一樣高。一納米是一毫米的百萬分之一。這意味著1920×1080像素分辨率的顯示器或投影儀將可以輕松安裝在一平方毫米的區域上。例如，這使得顯示器可以集成到眼鏡的鏡腿中，然后鏡腿將生成的光投射到鏡片上。

OLED由嵌入兩個電極之間的幾個超薄有機層組成。當電流通過這些薄層時，電子和空穴復合，激發活性層中的有機分子，然后這些分子以光量子的形式釋放能量。由于每個像素自行發光，因此不需要背光，這使得增強現實和虛擬現實(AR和VR)領域的便攜式設備能夠實現極深的黑色、鮮艷的色彩和高效的能耗管理。

研究人員在進一步縮小像素尺寸時面臨的一個關鍵問題是這些小尺寸像素中電流的不均勻分布：與避雷針一樣，簡單地縮小已確立的OLED概念將導致電流主要從天線的角落發射。由黃金制成的天線是邊長為300x300x50納米的立方體。由此產生的電場會產生如此強大的力，以至于移動的金原子會逐漸長成光敏材料。這些被稱為"絲狀結構"的超薄結構會繼續生長，直到像素被短路破壞。

維爾茨堡大學研發出的這種結構在光學天線上方包含一層新引入的特制絕緣層，該絕緣層僅在天線中心留下一個直徑200納米的圓形開口。這種排列方式阻斷了從邊緣和角落注入的電流，從而實現納米發光二極管的可靠、持久運行。在這些條件下，絲狀結構無法再形成。即使是最早的納米像素，在環境條件下也能穩定工作兩周。

在接下來的步驟中，物理學家希望將效率從目前的1%進一步提高，并將色域擴展到RGB光譜范圍。屆時，新一代"維爾茨堡制造"微型顯示器的研發將暢通無阻。有了這項技術，未來的顯示器和投影儀可能會變得非常小，甚至可以幾乎無形地集成到佩戴在身體的設備中——從眼鏡架到隱形眼鏡。

審核編輯 黃宇