瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院化學(xué)工程師團(tuán)隊(duì)在半導(dǎo)體微型化技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)重大突破。該團(tuán)隊(duì)成功將有機(jī)發(fā)光二極管尺寸縮減至納米級(jí)別,創(chuàng)造出目前全球最微小的有機(jī)發(fā)光二極管。這項(xiàng)研究成果已刊登在最新一期《自然·光子學(xué)》期刊上。
研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的納米OLED像素直徑僅為100納米。這一尺寸約為現(xiàn)有技術(shù)的五十分之一。最大像素密度相比以前提高約2500倍。該技術(shù)為超高分辨率屏幕的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這種屏幕可應(yīng)用于近眼顯示設(shè)備,呈現(xiàn)遠(yuǎn)超當(dāng)前水平的銳利圖像。
團(tuán)隊(duì)以蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院;諡槔M(jìn)行了技術(shù)展示。由2800個(gè)納米OLED組成的圖案,整體尺寸僅相當(dāng)于一個(gè)人體細(xì)胞。這一演示充分證明了該技術(shù)的精密程度和實(shí)用潛力。
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的這個(gè)標(biāo)志由2800個(gè)納米發(fā)光二極管組成,其高度為20微米,類似于一個(gè)人類細(xì)胞的大小。單個(gè)像素的測(cè)量值約為0.2微米(200納米)。(圖片:Amanda Paganini / ETH Zürich)

一個(gè)由有機(jī)納米發(fā)光二極管構(gòu)成的像素字段以每英寸50,000像素的分辨率展示了ETH標(biāo)志 (圖片來(lái)源: Jiwoo Oh / ETH Zürich; Nature Photonics)
納米OLED的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不止顯示技術(shù)領(lǐng)域。微小尺寸使其能夠作為高分辨率顯微鏡的精密光源使用。通過(guò)照射樣品的亞微米級(jí)區(qū)域,配合計(jì)算機(jī)合成圖像技術(shù),可實(shí)現(xiàn)前所未有的細(xì)節(jié)呈現(xiàn)效果。據(jù)悉,這些納米像素還可作為微型傳感器,有望探測(cè)單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)。
當(dāng)納米OLED像素間距縮小至光波波長(zhǎng)的一半以內(nèi)時(shí),光波之間會(huì)產(chǎn)生相互作用。這種作用形成類似水波交匯的干涉效應(yīng)。通過(guò)精確排列納米OLED,研究人員可以控制光波的相位。使相鄰像素的光相互增強(qiáng)或抵消成為可能。
團(tuán)隊(duì)已利用這一效應(yīng)將OLED發(fā)出的光束聚焦至特定角度。這改變了傳統(tǒng)OLED的全向發(fā)光特性。該特性為開(kāi)發(fā)高效微型激光器提供了新的可能性。與此同時(shí),該技術(shù)還能產(chǎn)生偏振光。偏振光在醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域具有重要價(jià)值,可用于區(qū)分健康組織與癌變組織。
在制造工藝方面,團(tuán)隊(duì)采用了特殊的氮化硅陶瓷薄膜技術(shù)。這種薄膜極薄且堅(jiān)韌,能夠在微小面積上保持平整。從而作為納米OLED像素的制造模板。這一方法可直接集成到標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝中,與現(xiàn)有芯片制造流程實(shí)現(xiàn)良好兼容。
目前,研究團(tuán)隊(duì)正致力于通過(guò)精確調(diào)控納米像素間的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)相控陣光學(xué)技術(shù)。該技術(shù)能夠電子化引導(dǎo)和聚焦光波。這不僅能推動(dòng)全息投影等技術(shù)的發(fā)展,還可能實(shí)現(xiàn)環(huán)繞觀眾的三維圖像顯示效果,為光學(xué)和顯示技術(shù)開(kāi)辟全新的應(yīng)用前景。
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