世界上最微小的发光二极管成功制成

瑞士苏黎世联邦理工学院化学工程师团队在半导体微型化领域取得突破，成功将有机发光二极管（OLED）的尺寸缩小至纳米级别，从而制造出世界上最微小的发光二极管。相关成果以“Scalable nanopatterning of organic light-emitting diodes beyond the diffraction limit”为题，发表在新一期《自然·光子学》期刊上。

微型化是半导体产业的核心驱动力，自20世纪50年代以来，计算机性能的飞跃在很大程度上得益于硅芯片上制造结构的日益微缩。

这枚苏黎世联邦理工学院校徽由2800个纳米发光二极管构成，其整体高度仅为20微米，相当于一个人类细胞的大小。

此次团队开发的纳米OLED像素直径仅为100纳米，约为现有技术的1/50，而最大像素密度可比以前高出约2500倍。这一进展为超高分辨率屏幕奠定了基础，例如可用于近眼显示设备，呈现远超当前水平的锐利图像。团队以苏黎世联邦理工学院校徽为例，展示了由2800个纳米OLED组成的图案，其整体尺寸仅相当于一个人体细胞。

纳米OLED的应用潜力不限于显示技术，微小尺寸还可使其作为高分辨率显微镜的光源，用于照射样品的亚微米级区域，通过计算机合成图像，实现前所未有的细节呈现。此外，这些纳米像素还可作为微型传感器，有望探测单个神经细胞的信号。

当纳米OLED像素间距缩小至光波波长的一半以内时，光波之间会产生相互作用，形成类似水波交汇的干涉效应。通过精确排列纳米OLED，可以控制光波的相位，使相邻像素的光相互增强或抵消。团队已利用这一效应，将OLED发出的光束聚焦至特定角度，而非传统OLED的全向发光。这一特性为开发高效微型激光器提供了可能，同时也能产生偏振光，后者在医学成像等领域具有重要价值，例如用于区分健康组织与癌变组织。

一个由有机纳米发光二极管组成的像素场代表了ETH标志，分辨率为每英寸50,000像素（ppi）

在制造工艺上，团队采用了一种特殊的氮化硅陶瓷薄膜。这种薄膜极薄且坚韧，能够在微小面积上保持平整，从而作为纳米OLED像素的模板。这一方法可直接集成到标准的光刻工艺中，与现有芯片制造流程兼容。

目前，团队正致力于通过精确调控纳米像素间的相互作用，实现相控阵光学技术，从而电子化引导和聚焦光波。这不仅能推动全息投影等技术的发展，还可能实现环绕观众的三维图像显示，为光学和显示技术开辟全新的应用前景。

相关链接：https://doi.org/10.1038/s41566-025-01785-z