Die Miniaturisierung elektronischer Bauteile gilt als zentraler Treiber technologischer Fortschritte. Chemieingenieur:innen der ETH Zürich ist es nun gelungen, organische Leuchtdioden (OLED) um Grössenordnungen zu verkleinern. Die neuen Nano-OLED sind rund hundertmal kleiner als eine menschliche Zelle und erreichen Pixelgrössen im Bereich von 100 bis 200 Nanometern.
Die Ergebnisse wurden im Fachmagazin Nature Photonics veröffentlicht. Entwickelt wurden die Nano-OLED in der Forschungsgruppe für Nanomaterial-Engineering von ETH-Professor Chih-Jen Shih.
2500-fach höhere Pixeldichte
«Der Durchmesser der bisher kleinsten OLED-Pixel, die wir entwickelt haben, erreicht den Bereich von 100 Nanometern. Damit sind sie rund 50-mal kleiner als der bisherige Stand der Technik», erklärt Jiwoo Oh, Doktorandin in Shihs Forschungsgruppe.
Tommaso Marcato ergänzt: «Die maximale Dichte der Pixel ist damit in einem Schritt rund 2500-mal grösser als bisher.»
Zum Vergleich: Das klassische Miniaturisierungstempo der Halbleiterindustrie folgte lange dem sogenannten Moore’schen Gesetz, wonach sich die Bauteildichte etwa alle zwei Jahre verdoppelte.
Neue Möglichkeiten für Optik und Sensorik
Die extrem kleinen Pixel eröffnen neue Perspektiven für ultrahochauflösende Bildschirme, etwa für Anwendungen nahe am Auge. Darüber hinaus sehen die Forschenden Potenzial für hochauflösende Mikroskopie sowie für neuartige optische Sensoren.
«Ein Nano-Pixel-Feld als Lichtquelle könnte kleinste Bereiche einer Probe durchleuchten – die Einzelbilder liessen sich dann im Computer zu einem extrem detaillierten Bild zusammensetzen», erklärt Shih. Perspektivisch könnten Nano-OLED auch als Sensoren dienen, etwa zur Detektion einzelner Nervenzellen.
Keramische Membran als Schlüsseltechnologie
Der entscheidende Fortschritt beruht auf einer neuen Schablonentechnologie aus Silizium-Nitrid. «Silizium-Nitrid kann sehr dünne und trotzdem belastbare Membranen bilden, die auf Flächen im Quadratmillimeter-Bereich nicht durchhängen», erklärt Oh.
Damit liessen sich rund 3000-mal dünnere Masken herstellen als bisher. Zudem ist das Verfahren kompatibel mit bestehenden Lithografie-Prozessen der Halbleiterfertigung.
Literatur
Marcato T, Oh J, Lin ZH, Tian T, Gogoi A, Shivarudraiah SB, Kumar S, Rajan AG, Zeng S, Shih CJ: Scalable nanopatterning of organic light-emitting diodes beyond the diffraction limit, Nature Photonics, 31. Oktober 2025, doi: externe Seite10.1038/s41566-025-01785-z