近日，苏黎世联邦理工学院的研究人员成功制造出纳米级有机发光二极管（OLED），其尺寸约为人体细胞的百分之一。这项重大突破不仅推动了超高分辨率屏幕和先进显微镜系统的研发，更因其像素尺寸极微，为波动光学应用开辟了全新可能性。
半导体产业的根本进步源于微型化趋势，自20世纪50年代以来，通过在硅芯片上制造日益微小的结构，计算机性能实现了显著提升。
苏黎世联邦理工学院的化学工程师近期将这一趋势延伸至有机发光二极管领域，成功将OLED尺寸缩小数个数量级。该成果对当前高端手机及电视屏幕所采用的OLED技术具有重要意义。
一步到位的微型化
发光二极管（LED）是一种基于半导体的电子元件，旨在将电流转化为光能。
研究人员表示：“迄今为止我们开发的最小OLED像素直径约为100纳米，这意味着它们比当前最先进技术小约50倍。”
该研究团队由瑞士联邦理工学院（ETH）的施志仁教授领导。这些新型纳米OLED的制造工艺由吴博士与托马索·马尔卡托共同开发。
研究人员表示：“仅通过一步操作，像素密度便提升至原先的约2500倍。”
作为背景，计算机处理器的微型化速度在2000年代之前始终遵循摩尔定律，该定律要求电子元件密度大约每两年翻一番。
这些新开发的像素尺寸介于100至200纳米之间，为超高分辨率显示器奠定了基础，有望在智能眼镜等近眼应用中实现极其清晰的图像。
为展示这项技术研究团队制造了一个由2800个纳米OLED组成的苏黎世联邦理工学院徽标。该徽标尺寸与人体细胞相当，单个像素尺寸约为200纳米（0.2微米）。目前苏黎世联邦理工学院研究人员实现的最小像素尺寸为100纳米。
这些微型光源在高分辨率显微镜领域具有重大应用价值，可实现亚微米级精确聚焦。
研究人员解释道；“作为光源的纳米像素阵列能照亮样本最微小的区域，随后可在计算机上拼接单个图像，从而生成极其精细的图像。”
纳米像素甚至可作为微型传感器使用，在检测单个神经细胞信号方面具有潜在应用价值。
这些微小尺寸也为研究和技术开辟了前所未有的可能性，研究人员特别强调了这一点。
当两种同色光波的距离小于其波长的二分之一，即所谓的衍射极限，它们便不再独立振荡，而是开始相互作用。
可见光的基本衍射极限通常在200至400纳米之间（具体取决于波长），该极限决定了光学系统中可实现的最小特征尺寸。值得注意的是，苏黎世联邦理工学院研究人员开发的纳米OLED技术，已展现出在该临界距离范围内实现像素间距的能力。
当两个扰动（例如向平静水体投掷石块）产生重叠的圆形波纹时，所形成的干涉图案有效诠释了波相互作用的基础原理。由此产生的叠加效应表现为增强波峰与衰减波谷的独特几何排列。
基于此原理，智能配置的纳米OLED阵列可产生复杂的光波效应。这使得光线能被精确操控——相邻像素的发光可被设计为相互增强或相互抵消。
通过初步实验，研究团队成功利用特定交互作用精确控制发光方向。这项突破使OLED能够仅在高度特定的角度投射光线，这与芯片表面先前全向发光的特性形成显著差异。
研究人员表示：“未来，我们还能将纳米OLED矩阵的光束汇聚至单一方向，构建出强大的微型激光器。”
通过特定相互作用机制，研究人员已成功生成具有单平面振荡特性的偏振光。该技术目前应用于医疗领域，例如区分健康组织与癌变组织。
现代无线电和雷达技术充分展现了这类相互作用原理的巨大潜力。这些覆盖毫米至公里波长的系统长期利用此类相互作用。
相控阵技术尤其能实现天线与发射信号的精确对准与聚焦。将这些技术突破应用于光学领域将带来巨大效益，包括进一步加速数据网络和计算机的信息传输。
当前OLED生产中，发光分子通过蒸镀工艺沉积在硅芯片上。该工艺采用较厚金属掩模，导致像素尺寸较大。
正如研究人员所阐释，一种独特的陶瓷材料使微型化进程成为可能。氮化硅能形成极薄且坚韧的膜层，即使在仅几平方毫米的表面也不会下垂。最终制成的纳米级OLED像素定位模板，其厚度实现了约3000倍的缩减。
该研究团队的方法还具有可直接集成到计算机芯片生产标准光刻工艺中的优势。
研究人员目前正在优化该方法。这种优化不仅涉及像素的进一步微型化，还包括开发有效的控制机制。
研究团队的目标是实现OLED的独立控制。优化光像素间的交互是释放其全部潜能的关键。这需要开发可精确控制的纳米像素，该技术有望在相控阵光学领域开辟全新应用——这项技术以电子方式引导和聚焦光波的能力而闻名。
历史上，20世纪90年代曾提出相控阵光学技术可实现二维屏幕的全息投影。
然而，该研究团队的最新研究提出更先进的概念：未来将把相互作用的OLED组件集成到空间精确的超像素中。研究人员表示：“这将使观众周围呈现三维图像成为可能。”
