1770977464
2026-02-12 15:00:00
ピクセル幅がわずかマイクロメートルの MicroLED は、ディスプレイの世界では長い間代名詞となってきました。現在、microLED メーカーは自社の製品を未知のナノ領域にまで縮小し始めています。 1月、Polar Light Technologiesという新興企業は、直径500ナノメートル未満の青色LEDのプロトタイプを発表した。このことから、LED はどこまで縮小できるのでしょうか?という魅力的な疑問が生じます。
少なくとも、その答えはかなり小さいことがわかっています。過去 1 年間に、2 つの異なる研究グループが 100 nm 以下のサイズの LED ピクセルを実証しました。
これらは、これまでに作成された LED の中で最も小さいものの一部です。効率に関してはまだ改善の余地が多くありますが、いつかナノ LED が超高解像度の仮想現実ディスプレイや高帯域幅のオンチップ フォトニクスに電力を供給する可能性があります。そして、これらの初期の試みが前例であるとすれば、より小型の LED を製造するための鍵は、より珍しい LED を製造することかもしれません。
LEDへの新たなアプローチ
Polar Light の例を見てみましょう。多くの LED と同様、スウェーデンに本拠を置くこの新興企業のダイオードは、窒化ガリウム (GaN) や窒化インジウム ガリウム (InGaN) などの III-V 族半導体から作られています。半導体に上から下にエッチングされる多くの LED とは異なり、Polar Light は、独特の形状の六角錐を下から上に構築することによって製造されます。
Polar Light は、より大規模な microLED 市場向けにピラミッドを設計し、2026 年末に商業生産を開始する予定です。しかし、彼らはまた、ピラミッドがどの程度小さくなるかをテストしたいとも考えていました。これまでのところ、直径300nmのピラミッドを作った。 「まだ限界には達していません」と、Polar Light の CEO、Oskar Fajerson 氏は言います。 「限界を知っていますか? いいえ、知りませんが、限界は知っています」 [make] それらはもっと小さいです。」
他の場所では、研究者たちはすでにそれを行っています。世界で最も小さな LED のいくつかは、標準的な III-V 族半導体を放棄し、OLED などの他のタイプの LED を支持するグループから作られています。
「私たちは有機半導体の別の経路を考えています」とスイス工科大学チューリッヒ工科大学の化学エンジニア、Chih-Jen Shih 氏は言います。 Shih 氏と彼の同僚は、小型 OLED を大規模に製造する方法を見つけることに興味を持っていました。電子ビーム リソグラフィー ベースの技術を使用して、直径 100 nm ほどの小さなピクセルを備えた緑色 OLED のアレイを作成しました。
現在の最高のディスプレイは 1 インチあたり 14,000 ピクセルですが、これらの nanoLED は 2025 年 10 月に発表されました 自然フォトニクス 紙 – インチあたり 100,000 ピクセルに達する場合があります。
別のグループは、高効率ソーラーパネルでの優れた能力で最もよく知られるかご状の材料であるペロブスカイトに挑戦した。ペロブスカイトは最近 LED でも注目を集めています。 「私たちは、ペロブスカイト LED をマイクロメートルおよびナノメートルの長さスケールまで小さくするとどうなるかを知りたかったのです」と、中国杭州にある浙江大学のエンジニアである Dawei Di 氏は言います。
Di のグループは、数百マイクロメートルの比較的巨大なペロブスカイト LED ピクセルからスタートしました。次に、彼らは、それぞれが最後のものよりも小さい、ますます小さなピクセルのシーケンスを作成しました。 1 μm マークの後でも、それらは止まらず、890 nm、次に 440 nm となり、90 nm でのみ底を打ちました。これらの 90 nm の赤と緑のピクセルは、2025 年 3 月に発表されました 自然 おそらくこれまでに報告されている最小の LED に相当します。
効率化の課題
残念ながら、小型サイズには代償が伴います。LED を縮小すると効率も低下します。 Di氏のグループのペロブスカイトナノLEDの外部量子効率（注入された電子がどれだけ光子に変換されるかの尺度）は約5～10パーセントである。 Shih グループのナノ OLED アレイのパフォーマンスはわずかに向上し、13% を超えました。比較のために、一般的なミリメートルサイズの III-V LED は、その色に応じて 50 ～ 70% に達します。
しかし、Shih 氏は、ナノ OLED の製造方法を変更することで効率を高めることができると楽観的です。 「原理的には、OLED では、より小さなピクセルでも 30%、40% の外部量子効率を達成できますが、プロセスの最適化には時間がかかります」と Shih 氏は言います。
ディ氏は、研究者が材料を工夫することでペロブスカイトナノLEDの効率をそれほど悲惨なものにしないことができると考えている。彼のグループは現在、より大型のペロブスカイトマイクロLEDに焦点を当てているが、研究者は最終的にはナノLEDの効率ギャップを考慮するようになるだろうとディ氏は予想している。小型 LED の用途が魅力的になれば、「この問題はますます重要になる可能性があります」と Di 氏は言います。
NanoLED は何に使用できますか?
これほど小さい LED で実際に何ができるのでしょうか?現在、より小さなピクセルを求める動きは主に、スマート グラスや仮想現実ヘッドセットなどのデバイスによってもたらされています。これらのディスプレイのメーカーは、低消費電力 (効率が重要な理由の 1 つ) で最先端の画質を追求する中で、ますます小型のピクセルを求めています。 Polar Light の Fajerson 氏は、今日のスマートグラスメーカーはすでに 3 μm ピクセルを求めていると述べています。
しかし、研究者たちは、VR ディスプレイに約 1 μm より小さいピクセルが必要になるかどうかについては懐疑的です。それを超えてピクセルを縮小しすぎると、ピクセルがライトを横切ってしまいます。 回折限界—それは、人間の目で解像するには小さすぎることを意味します。 Shih氏とDi氏のグループは、100nmと90nmのピクセルですでに限界を超えている。
代わりに、非常に小さな LED がオンチップ フォトニクス システムで使用される可能性があり、AI データ センターなどは現在よりも広い帯域幅で通信できるようになります。チップ製造大手TSMCは、 すでにmicroLED相互接続を試している、そしてチップメーカーが将来さらに小型のLEDに目を向けることは容易に想像できます。
しかし、最も小さなナノLEDには、光の波長よりも小さいため、さらに珍しい用途がある可能性があります。 「プロセスの観点から見ると、過去には不可能だった新しいコンポーネントを作成していることになります」と Shih 氏は言います。
たとえば、Shih氏のグループは、ナノOLEDがメタサーフェス、つまりピクセルのナノサイズを使用して各ピクセルが隣接するピクセルとどのように相互作用するかを制御する構造を形成できることを示した。いつか、同様のデバイスがナノLED光をレーザーのようなビームに集束させたり、ホログラフィック3DナノLEDディスプレイを作成したりできるようになるだろう。
#LEDがナノスケールに参入