Созданы самые маленькие в мире светодиоды

Этот логотип ETH Zurich состоит из 2800 нано-светодиодов и имеет высоту 20 микрометров, что соответствует размеру человеческой клетки. Размер одного пикселя составляет около 0,2 микрометра (200 нанометров). Автор: Amanda Paganini / ETH Zurich

Инженеры-химики из ETH Zurich добились значительного уменьшения размеров органических светодиодов (OLED), которые в настоящее время в основном используются в премиальных мобильных телефонах и телевизионных экранах.

«Диаметр самых маленьких OLED-пикселей, которые мы разработали на сегодняшний день, находится в диапазоне 100 нанометров, что примерно в 50 раз меньше текущего уровня техники», — объясняет Джиу О, докторант исследовательской группы наноматериалов под руководством профессора ETH Чих-Джен Шиха.

О разработал процесс изготовления новых нано-OLED вместе с Томмазо Маркато. «Всего за один шаг максимальная плотность пикселей теперь примерно в 2500 раз выше, чем раньше», — добавляет Маркато.

Применение в дисплеях, микроскопах и сенсорах

Пиксели размером от 100 до 200 нанометров образуют основу для сверхвысокого разрешения экранов, которые могут отображать четкие изображения в очках, носимых близко к глазу.

Кроме того, эти крошечные источники света могут помочь сфокусироваться на субмикрометровом диапазоне с помощью микроскопов высокого разрешения. «Массив нано-пикселей в качестве источника света может освещать самые маленькие области образца — отдельные изображения затем можно собрать на компьютере, чтобы получить чрезвычайно детализированное изображение», — объясняет профессор технической химии.

Оптические волновые эффекты

Эти минимальные размеры также открывают возможности для исследований и технологий, которые ранее были совершенно недоступны. Когда две световые волны одного цвета сходятся ближе, чем половина их длины волны, они начинают взаимодействовать друг с другом.

Интеллектуально расположенные нано-OLED могут создавать оптические волновые эффекты, при которых свет от соседних пикселей взаимно усиливается или гасится.

Манипулирование направлением и поляризацией света

Проводя первоначальные эксперименты, команда Шиха смогла использовать такие взаимодействия для целенаправленного манипулирования направлением испускаемого света. Вместо того чтобы излучать свет во всех направлениях над чипом, OLED затем излучают свет только под очень определенными углами.

Поляризованный свет — который колеблется только в одной плоскости — также можно генерировать с помощью взаимодействий, как уже продемонстрировали исследователи.

Керамические мембраны как ключевой элемент

В производстве OLED до настоящего времени светоизлучающие молекулы последовательно наносились на кремниевые чипы методом напыления. Это достигалось с помощью относительно толстых металлических масок, которые создавали соответствующие более крупные пиксели.

Как объясняет О, движение к миниатюризации теперь обеспечивается специальным керамическим материалом. «Нитрид кремния может образовывать очень тонкие, но устойчивые мембраны, которые не провисают на поверхностях размером всего в несколько квадратных миллиметров».

Следовательно, исследователи смогли создать шаблоны для размещения нано-OLED пикселей, которые примерно в 3000 раз тоньше. «Наш метод также имеет то преимущество, что его можно напрямую интегрировать в стандартные процессы литографии для производства компьютерных чипов», — утверждает О.

Исследователи в настоящее время работают над оптимизацией своего метода. Помимо дальнейшей миниатюризации пикселей, внимание также уделяется их управлению.

«Наша цель — соединить OLED таким образом, чтобы мы могли управлять ими индивидуально», — говорит Ших. Это необходимо для того, чтобы использовать весь потенциал взаимодействий между световыми пикселями.