蘇黎世聯邦理工學院造出世界最小OLED，直徑僅100納米

在半導體微型化的百年征途中，一項來自瑞士的突破正重新定義光電子器件的物理極限。

近日，蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）化學工程團隊成功研制出直徑僅100納米的有機發光二極管（OLED），成為全球迄今最小的OLED器件。這一成果不僅將像素尺寸縮小至現有技術的1/50，更實現2500倍的像素密度躍升，為超高分辨率顯示、先進生物成像乃至全息三維投影開辟了前所未有的技術路徑。

該研究團隊由瑞士聯邦理工學院（ETH）的施志仁教授領導。這些新型納米OLED的制造工藝由吳博士與托馬索·馬爾卡托共同開發。相關研究已發表于國際頂級期刊《自然·光子學》。

傳統OLED屏幕受限于蒸鍍工藝中金屬掩模的物理精度，像素尺寸通常在數微米級別，難以滿足近眼顯示（如AR/VR智能眼鏡）對極致清晰度的需求。而ETH團隊通過創新性地采用超薄氮化硅陶瓷薄膜作為模板，成功繞過這一瓶頸。這種薄膜厚度僅為傳統結構的1/3000，卻具備優異的機械強度和平整度，可在標準光刻工藝中直接集成，實現納米級像素的精準定位與制造。

為直觀展示其能力，研究團隊用2800個納米OLED拼出蘇黎世聯邦理工學院校徽——整個圖案大小僅相當于一個人體細胞（約10–20微米）。單個像素小至100納米，而可見光波長的衍射極限通常在200–400納米。正是這一“臨界尺度”，意外打開了波動光學的大門。

這枚校徽由2800個納米發光二極管構成，其整體高度僅為20微米，相當于一個人類細胞的大小。圖片來源：蘇黎世聯邦理工學院

當像素間距小于光波半波長時，相鄰光源發出的光波不再獨立傳播，而是產生干涉效應——如同水面上兩列波紋交匯，形成增強或抵消的復雜圖案。研究團隊巧妙利用這一現象，通過精確排布納米OLED陣列，首次實現了對光波相位的主動調控。實驗中，他們成功將原本全向發散的OLED光線聚焦至特定角度，徹底顛覆了傳統OLED“向四面八方發光”的固有特性。

這一突破意義深遠。首先，它為高效微型激光器的開發提供了新路徑。通過相控陣原理，納米OLED陣列可協同發射相干光，無需傳統諧振腔即可實現激光輸出。其次，該技術能生成高度可控的偏振光——在醫學成像中，偏振特性可用于區分健康組織與癌變區域，提升早期診斷精度。

更令人振奮的是其在相控陣光學領域的潛力。正如現代雷達通過電子調控天線陣列實現波束掃描，未來納米OLED矩陣有望以純電子方式動態引導和聚焦光束。研究團隊指出，這不僅可加速光互連與數據中心通信，還將推動全息顯示從二維走向三維。“我們設想將相互作用的OLED組件集成到空間超像素中，使觀眾被真實環繞的3D圖像所包圍。”研究人員表示。

除顯示外，納米OLED在科研與醫療領域同樣前景廣闊。作為高分辨率顯微鏡的照明源，其可精準照射樣品的亞微米區域，再通過計算機合成數千張局部圖像，重構出遠超傳統光學顯微鏡分辨率的細節。此外，其微小尺寸使其有望嵌入神經接口，探測單個神經元的電活動，為腦機接口與神經科學研究提供全新工具。

值得一提的是，該技術并非實驗室孤品，而是具備產業化兼容性。其制造流程可無縫融入現有半導體光刻產線，無需顛覆性設備投入，大大降低了商業化門檻。

責編：Jimmy.zhang