Швейцарские ученые разработали органические светодиоды (OLED), являющиеся самыми миниатюрными в мире и уступающие в размерах ширине человеческой клетки в сто раз. Эта инновация позволяет создавать дисплеи с беспрецедентным разрешением, улучшать возможности микроскопов и применять принципы фазированной антенной решетки в оптике для управления и фокусировки светового потока без использования подвижных элементов. Ученые во главе с Чи-Джен Шихом, доцентом химической инженерии ETH Zurich, создали новый, упрощенный метод производства органических светоизлучающих диодов, преобразующих электрическую энергию в видимый свет.
Разработка новой технологии позволила исследователям существенно сократить размеры пикселей OLED. По словам аспиранта ETH Zurich Джиу О, диаметр самых маленьких созданных ими пикселей достигает примерно 100 нанометров, что в 50 раз меньше, чем у существующих решений. Чтобы продемонстрировать потенциал технологии, команда создала логотип университета, используя 2800 отдельных диодов. Полученная конструкция имела высоту всего 20 микрометров, что сопоставимо с габаритами человеческой клетки.
Томмазо Маркато, работающий в Департаменте химии и прикладных бионаук ETH Zurich, отметил, что новый метод позволяет достичь плотности пикселей, которая приблизительно в 2500 раз превышает предыдущие показатели. Размер каждого пикселя составляет около 0,2 микрометра (200 нанометров), что соответствует теоретическому разрешению порядка 50 000 пикселей на дюйм. Эта высокая плотность может найти применение в производстве сверхчетких дисплеев для носимой электроники и устройств, использующих технологию ближнего поля.
Основное достоинство заключается в том, что длина волны новых диодов меньше длины волны видимого света, что обеспечивает возможность точного управления излучаемым светом. При расположении таких пикселей на небольшом расстоянии друг от друга, световые волны от соседних диодов начинают взаимодействовать, приводя к усилению или ослаблению света. Этот же принцип находит применение в фазированных антенных решётках для электронного управления и фокусировки световых пучков без использования механических элементов. По словам Маркато, когда две световые волны одного цвета пересекаются на расстоянии, меньшем половины их длины волны, они начинают оказывать влияние друг на друга.
Данная технология может быть использована в голографических дисплеях, компактных лазерах, оптических системах для передачи данных, а также в усовершенствованных микроскопах и высокочувствительных биосенсорах, которые способны фиксировать сигналы от отдельных клеток. Кроме того, Маркато отметил, что в перспективе появится возможность объединять свет от нано-OLED матрицы в едином направлении для создания мощных мини-лазеров.
При изготовлении диодов применялись шаблоны из нитрида кремния, толщина которых в три тысячи раз меньше, чем у металлических масок, используемых в обычном производстве OLED. По словам Джиу О, новая технология может быть непосредственно интегрирована в привычные литографические процессы, применяемые при создании компьютерных чипов. Чи-Джен Ших выразил уверенность, что дальнейшие усовершенствования позволят объединять группы OLED в мета-пиксели, расположенные в пространстве, для формирования принципиально новых типов трехмерных изображений, обеспечивающих возможность создания объемных визуализаций вокруг наблюдателя.
Исследование было в научном журнале Nature Photonics.