2025年12月5日　EDN電子技術設計

【100ナノメートル有機ELが拓く次世代ディスプレイ技術】

スイス連邦工科大学チューリッヒ校（ETH Zurich）の研究チームはこのほど、世界で最も小さい有機ELの開発に成功した。今回実現された有機ELの画素サイズは約100ナノメートルにまで縮小され、既存技術と比べて約50分の1という極限的な微細化を達成している。これにより、画素密度は従来比で約2500倍に跳ね上がった。この成果は、学術的には光の回折限界を突破する画期的な成果であり、同時に産業分野においてもまったく新しい応用の可能性を切り開くものとして注目を集めている。

有機ELは、有機分子が電界の作用で発光するデバイスであり、従来の画素サイズは数マイクロメートル級が一般的であった。ETHの研究チームは、超薄型の窒化シリコンセラミック膜をテンプレートとして導入することで、ナノメートル級の極めて高精度なパターニングを可能にした。この薄膜は従来の金属マスクのわずか3000分の1という厚さでありながら、十分な機械的強度を維持しており、標準的な半導体フォトリソグラフィ工程とも直接互換性を持つ。この点は、本技術が単なる実験室レベルの成果にとどまらず、将来的な量産化の可能性を備えていることを示している。

さらに重要なのは、画素間隔が光の波長の半分以下にまで縮小されたことで、光波同士の結合や干渉といった現象が顕著に現れる点である。水面の波が重なり合って波峰や波谷を形成するのと同様に、光波も互いに影響し合う。研究チームはこの原理を応用し、発光する光の進行方向や偏光状態を自在に制御することに成功した。これにより有機ELは、単に「点灯する素子」から、光の波面そのものを制御できるデバイスへと進化する新たな可能性を獲得したのである。

【ディスプレイ・医療・光通信へ広がる応用展望】

ディスプレイ分野においては、100ナノメートル級の画素によって5万ppiを超える超高精細表示が可能になる。これは現在のスマートフォンやVR機器の解像度をはるかに上回る水準であり、将来的な近眼ディスプレイやホログラフィ表示といった次世代表示技術への応用が現実味を帯びてくる。

生体医療やセンサー分野では、ナノ有機ELを局所光源として用いることで、単一の神経細胞や個々の細胞に対してピンポイントで照射を行い、超高解像度での観察や極めて精密な検出が可能になると期待されている。さらに、光通信や光計算の分野では、無線通信におけるフェーズドアレイアンテナと同様の概念を光学分野に持ち込んだ「光学フェーズドアレイ」として、ナノ有機ELアレイが光を電子的に誘導・集光する基盤技術になる可能性も示されている。

一方、これまで光電子分野における微細化の主流は、シリコン基板光フォトニクスやmicroLEDであった。microLEDは高輝度ディスプレイやAR用途で大きな期待を集めているものの、製造装置コストや歩留まりの課題はいまだ完全には解決されていない。有機ELは、フレキシブルディスプレイへの適合性、低温プロセス、優れた色表現力といった強みを持つ。今回のナノスケール化による回折限界突破は、将来的にmicroLEDと補完関係を築くのみならず、主力技術として競合する存在へと発展する可能性も十分に秘めている。