В январе 2026 года на выставке SPIE Photonics West в Сан-Франциско произошло событие, которое специалисты в области оптоэлектроники называют началом новой эры. Шведская компания Polar Light Technologies представила первые в мире коммерческие прототипы светодиодов с размерами менее 500 нанометров, доказав, что миниатюризация полупроводниковых источников света может быть продолжена далеко за пределы, считавшиеся ранее достижимыми .
Однако это достижение — лишь вершина айсберга. Практически одновременно исследовательские группы из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и Чжэцзянского университета в Китае опубликовали результаты работ, в которых размеры светоизлучающих элементов были сокращены до 100 и даже 90 нанометров . Эти прорывы открывают дорогу к созданию дисплеев с плотностью пикселей до 100 000 на дюйм, что в семь раз превышает возможности современных технологий, и к революции в области внутричиповых оптических соединений для ИИ-ускорителей следующего поколения .
В этом материале мы подробно разберём три принципиально разных подхода к созданию нано-LED, проанализируем их преимущества и недостатки, а также оценим перспективы коммерческого применения этих технологий.
Почему нано-LED важны: контекст развития дисплейных технологий
Прежде чем погружаться в детали последних достижений, необходимо понять, какое место нано-LED занимают в общей картине развития технологий отображения информации.
От микро к нано: эволюция светодиодов
Традиционные светодиоды, используемые в освещении и крупноформатных экранах, имеют размеры от сотен микрометров до миллиметров. Технология microLED, которая в последние годы считается главным претендентом на замену OLED в премиальных дисплеях, оперирует элементами размером от 1 до 100 микрометров .
Нано-LED представляют собой следующий логический шаг этой эволюции — переход в область размеров менее 1 микрометра (1000 нанометров). При таких масштабах начинают действовать принципиально иные физические законы, и классические методы производства, основанные на травлении полупроводниковых пластин, перестают работать. Именно поэтому все три прорывных результата, о которых пойдёт речь, были достигнуты с использованием нетрадиционных подходов к формированию светоизлучающих структур.
Спектр применения: от AR/VR до фотонных интегральных схем
Интерес к нано-LED продиктован не только научным любопытством. Плотность пикселей современных дисплеев уже достигла пределов, за которыми дальнейшее увеличение разрешения перестаёт быть различимым для человеческого глаза. Однако для устройств дополненной и виртуальной реальности, где экран находится в непосредственной близости от глаз, требуются совершенно иные показатели — до 10-15 тысяч пикселей на дюйм .
Ещё более перспективным направлением считается использование нано-LED в качестве источников света в фотонных интегральных схемах. TSMC, крупнейший в мире производитель полупроводников, уже ведёт разработки в области microLED-соединений для внутричиповой коммуникации. Переход к наноразмерным источникам может обеспечить прорыв в пропускной способности каналов передачи данных между ядрами процессоров и ускорителями ИИ .
Polar Light Technologies: пирамидальный подход из Швеции
Шведская компания Polar Light Technologies, выделившаяся из Университета Линчёпинга, первой представила коммерчески ориентированные нано-LED прототипы.
Технология выращивания пирамид
В отличие от традиционного подхода, при котором светодиоды формируются путём вытравливания структур из полупроводниковой пластины сверху вниз, Polar Light использует метод выращивания снизу вверх . Исходным материалом служат стандартные для оптоэлектроники соединения: нитрид галлия (GaN) и нитрид галлия-индия (InGaN).
Специалисты компании разработали технологию создания шестиугольных пирамидальных структур, которые растут непосредственно на подложке. Такая архитектура позволяет добиться высокого кристаллического качества материалов даже при экстремально малых размерах. За последние несколько месяцев компания успешно изготовила серию электрически возбуждаемых нано-LED с размерами 500 нанометров и менее .
Генеральный директор Polar Light Оскар Файерсон в интервью отраслевому изданию Semiconductor Today подчеркнул: "Достижение масштаба нано-LED без ухудшения производительности или производственных возможностей — это важная веха для индустрии. Нано-LED в сочетании с нашей дорожной картой к монолитному RGB позволят создать следующее поколение сверхмалых полноцветных дисплеев" .
Текущие результаты и планы коммерциализации
На данный момент компания продемонстрировала пирамиды шириной до 300 нанометров и заявляет, что теоретический предел миниатюризации ещё не достигнут . Работы ведутся с использованием того же монолитного архитектурного подхода, что и в существующей microLED-платформе Polar Light, что обещает относительно гладкий путь к масштабированию.
В январе 2026 года компания объявила о привлечении более 5 миллионов евро нового финансирования, что позволит вывести первые продукты на рынок к концу 2026 года . Это делает Polar Light Technologies одним из лидеров в гонке за коммерциализацию нано-LED.
ETH Zurich: органический подход к наноразмерным пикселям
Принципиально иной путь выбрали исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством профессора Чи-Джена Ши.
Нано-OLED с использованием электронно-лучевой литографии
Группа Ши сосредоточилась не на неорганических полупроводниках, а на органических светодиодах (OLED). Они разработали методику, позволяющую создавать массивы зелёных OLED с размером пикселя всего 100 нанометров .
Ключевая инновация заключается в использовании ультратонкой и гибкой керамической мембраны из нитрида кремния в качестве шаблона для изготовления наноразмерных OLED-пикселей. Этот подход не только обеспечивает структурную целостность на экстремально малых масштабах, но и, что более важно, напрямую совместим со стандартными процессами полупроводниковой фотолитографии, что открывает путь к массовому производству .
Используя технику электронно-лучевой литографии, исследователи смогли создать узоры с поразительной точностью. Чтобы продемонстрировать возможности технологии, они изготовили логотип ETH Zurich, составленный из 2800 нано-OLED-пикселей. Вся структура имеет высоту всего около 20 микрометров, что сопоставимо с размером человеческой клетки .
Плотность пикселей: 100 000 на дюйм
Достигнутая плотность пикселей в 100 000 на дюйм примерно в 2500 раз выше, чем у современных OLED-дисплеев смартфонов, и примерно в 7 раз выше теоретического максимума для существующих технологий microLED . Это открывает совершенно новые горизонты для устройств виртуальной и дополненной реальности, где каждый пиксель должен быть неразличим для глаза даже при использовании увеличительных линз.
Ши оптимистично оценивает перспективы повышения эффективности: "В принципе, с OLED можно достичь 30-40% внешней квантовой эффективности даже с меньшим пикселем, но требуется время для оптимизации процесса" .
Чжэцзянский университет: перовскитные нано-LED мирового рекорда
Третье направление исследований представляет группа инженера Давэя Ди из Чжэцзянского университета в Ханчжоу. Их подход основан на использовании перовскитов — материалов, которые в последнее десятилетие произвели революцию в фотовольтаике.
Рекордный размер 90 нанометров
Группа Ди поставила перед собой задачу исследовать поведение перовскитных светодиодов при экстремальном уменьшении размеров. Начав с пикселей размером в сотни микрометров, исследователи последовательно создавали всё меньшие и меньшие структуры: после отметки в 1 микрометр они продолжили уменьшение до 890, 440 и, наконец, 90 нанометров .
Полученные красные и зелёные перовскитные нано-LED с размером 90 нанометров на сегодняшний день являются самыми маленькими светодиодами, когда-либо созданными и задокументированными в научной литературе (статья в Nature, март 2025 года) . Результаты были представлены на конференции MATSUS Spring 2026 в Барселоне .
Уникальные свойства перовскитов
Перовскиты интересны не только возможностью экстремальной миниатюризации. Они обладают превосходными оптическими свойствами, включая высокую чистоту цвета и потенциально низкую стоимость производства. Однако главная проблема перовскитных светодиодов — низкая стабильность и быстрая деградация.
Работы группы Давэя Ди показывают, что возможно контролировать p- и n-типы поведения в излучающих перовскитных полупроводниках, что позволило достичь яркости до 1,16 миллиона нит — рекордного показателя для светодиодов, изготавливаемых из растворов . Более того, группа продемонстрировала первые в истории электрически накачиваемые перовскитные лазеры, что открывает путь к созданию принципиально новых типов источников света.
«Место встречи для тех, кто хочет хорошо провести время!»
Подпишитесь на новые видео! 🔔 Не пропустите обновления!
🎭 А что, если бы мир не определял свои свойства, пока мы на него не взглянем?
Проблема эффективности: главный вызов нано-LED
При всех впечатляющих успехах в миниатюризации, все три группы столкнулись с фундаментальной физической проблемой: при уменьшении размеров светодиодов их эффективность катастрофически падает.
Цифры: 5-13% против 50-70%
Внешняя квантовая эффективность (EQE) — доля введённых электронов, преобразованных в фотоны и покинувших устройство — для перовскитных нано-LED группы Ди составляет 5-10% . Органические нано-OLED группы Ши показывают лучший результат — до 13% . Для сравнения, обычные светодиоды миллиметрового размера достигают 50-70% в зависимости от цвета .
Падение эффективности связано с несколькими факторами. При нанометровых размерах огромную роль начинают играть поверхностные эффекты — дефекты на границах кристаллов становятся центрами безызлучательной рекомбинации. Кроме того, сказывается дифракция света — когда размер источника становится сопоставимым или меньше длины волны излучения, значительная часть света может не покинуть структуру.
Пути решения
Исследователи видят несколько способов преодоления этого барьера. Ши полагает, что оптимизация производственных процессов и материалов может поднять эффективность нано-OLED до теоретически возможных 30-40% . Ди надеется, что дальнейшая работа над перовскитными материалами и гетероструктурами позволит приблизиться к показателям традиционных полупроводников .
Примечательно, что параллельно ведутся работы по повышению эффективности и microLED-устройств. Например, исследователи из китайского Университета Фучжоу разработали биоинспирированную микро-нано композитную структуру, вдохновлённую фонариками светлячков, которая позволила увеличить внешнюю квантовую эффективность синих microLED на 40,5% .
Применения: от практических до экзотических
Какие устройства смогут использовать потенциал нано-LED и когда это произойдёт?
VR/AR-дисплеи: наиболее вероятное первое применение
Умные очки и шлемы виртуальной реальности остаются главным драйвером разработок. Производители этих устройств сегодня стремятся к пикселям размером около 3 микрометров . Нано-LED могут обеспечить гораздо большую плотность, но, как отмечают эксперты, для VR-дисплеев пиксели меньше 1 микрометра могут и не потребоваться — из-за дифракционного предела человеческий глаз просто не сможет их разрешить .
Внутричиповые оптические соединения
Более перспективной областью может стать фотоника. TSMC уже экспериментирует с microLED-соединениями для увеличения пропускной способности между вычислительными блоками . Переход к нано-LED позволит размещать тысячи оптических каналов прямо на кристалле процессора, что критически важно для архитектуры будущих ИИ-ускорителей.
Метаповерхности, голография и лазеры
Самые футуристические применения связаны с тем, что нано-LED могут быть меньше длины волны излучаемого ими света. Это позволяет создавать метаповерхности — структуры, управляющие фазой и направлением света на субволновом масштабе. Такие устройства смогут формировать лазерные пучки без использования линз или создавать трёхмерные голографические изображения .
Уже упомянутые работы по перовскитным лазерам, ведущиеся в Чжэцзянском университете, показывают, что нано-LED могут стать основой для полностью электрических лазеров, интегрируемых непосредственно в электронные схемы .
Сравнительный анализ трёх подходов
Каждая из трёх технологий имеет свои сильные и слабые стороны.
Polar Light (неорганические нано-LED)
Преимущества: использование хорошо изученных материалов (GaN/InGaN), наилучшие перспективы для высокой яркости, понятный путь к коммерциализации (первые продукты ожидаются в конце 2026 года) .
Недостатки: достигнутый минимальный размер (300 нм) пока уступает конкурентам, вопросы с эффективностью на малых размерах.
ETH Zurich (нано-OLED)
Преимущества: отличная совместимость с существующими полупроводниковыми процессами, продемонстрирована очень высокая плотность пикселей .
Недостатки: органические материалы традиционно менее стабильны и долговечны, чем неорганические полупроводники, меньшая пиковая яркость.
Zhejiang University (перовскитные нано-LED)
Преимущества: рекордный минимальный размер (90 нм), потенциал для крайне низкой стоимости производства, возможность создания лазеров .
Недостатки: наибольшие проблемы со стабильностью и сроком службы, технология находится на самой ранней стадии развития.
Заключение
Январь и февраль 2026 года ознаменовались важнейшими событиями в области нанофотоники. Три независимые исследовательские группы продемонстрировали, что барьер в 100 нанометров для светоизлучающих элементов преодолён, и продемонстрировали три принципиально различных подхода к созданию устройств нового поколения.
Polar Light Technologies с их пирамидальными GaN-структурами показывает путь к коммерциализации уже в этом году. Учёные ETH Zurich доказали, что органическая электроника способна на такую же степень миниатюризации, как и неорганическая. Группа из Чжэцзянского университета раздвинула границы возможного до 90 нанометров, используя перовскиты, и продемонстрировала первые шаги к созданию электрически накачиваемых нанолазеров.
Главным вызовом остаётся эффективность. Падение внешней квантовой эффективности с 50-70% до 5-13% при переходе к нанометровым размерам — это не просто инженерная проблема, а фундаментальный физический барьер. Его преодоление потребует новых материалов, новых архитектур устройств и, возможно, новых физических принципов.
Тем не менее, перспективы слишком заманчивы, чтобы остановиться. AR-очки с разрешением, неотличимым от реальности, процессоры, общающиеся друг с другом со скоростью света через тысячи наноканалов, и голографические дисплеи, создающие объёмные изображения без дополнительной оптики — всё это становится на шаг ближе благодаря работе этих трёх групп. Эра нано-LED официально началась.
Вам могут понравиться следующие статьи / видеоматериалы:
#наноLED #microLED #дисплейныетехнологии #PolarLightTechnologies #ETHZurich #ZhejiangUniversity #AR #VR #фотоника #квантовые точки #перовскиты #OLED #нанотехнологии #будущее дисплеев #научныйпрорыв #2026