La historia reciente de la tecnología electrónica está marcada por una carrera constante hacia la miniaturización. Desde mediados del siglo XX, la reducción progresiva del tamaño de los transistores y de las estructuras en los chips de silicio ha sido el motor principal del espectacular aumento de la capacidad de cálculo, la eficiencia energética y la funcionalidad de los dispositivos electrónicos. Este proceso, sintetizado durante décadas en la conocida Ley de Moore, ha redefinido sectores enteros de la industria tecnológica.

Ahora, esa misma lógica de miniaturización radical comienza a aplicarse con éxito a un campo que, hasta hace poco, parecía avanzar a un ritmo más pausado: la tecnología de los diodos orgánicos emisores de luz (OLED). Un equipo de ingenieros químicos y científicos de materiales de la ETH de Zúrich ha logrado reducir el tamaño de los píxeles OLED en varios órdenes de magnitud, alcanzando dimensiones del orden de los 100 nanómetros. El trabajo, publicado recientemente en Nature Photonics, demuestra que la tecnología OLED puede abandonar definitivamente la escala micrométrica para entrar de lleno en el dominio nanométrico, donde emergen fenómenos físicos completamente nuevos.

Fuente de imagen: ‘Scalable nanopatterning of organic light-emitting diodes beyond the diffraction limit’, Nature Photonics, 2025
Nano-OLEDs y el futuro de la fotónica avanzada 

Los OLED actuales, incluso los más avanzados, definen píxeles con dimensiones de varios micrómetros. Esta limitación no proviene tanto de los materiales orgánicos emisores de luz como de los procesos de fabricación, en particular de la deposición por evaporación a través de máscaras metálicas relativamente gruesas. Estas máscaras imponen un límite físico a la resolución alcanzable.

El equipo liderado por el profesor Chih-Jen Shih ha abordado este cuello de botella desde la ingeniería de materiales. Mediante el uso de membranas ultrafinas de nitruro de silicio, un material cerámico capaz de mantener su integridad estructural incluso con espesores extremadamente reducidos, los investigadores han logrado fabricar plantillas de deposición unas 3.000 veces más finas que las convencionales.

El resultado es un proceso que permite definir píxeles OLED con diámetros de entre 100 y 200 nanómetros en un solo paso de fabricación. Según Jiwoo Oh, doctorando del grupo, estos nano-OLEDs son aproximadamente 50 veces más pequeños que los píxeles OLED más avanzados existentes hasta ahora. En términos de densidad, el salto es aún más significativo: la densidad máxima de píxeles puede incrementarse hasta 2.500 veces respecto al estado del arte previo.

Este incremento es un salto que realmente no tienen precedentes para tecnologías emisoras de luz. Mientras que la microelectrónica avanzó durante décadas siguiendo una progresión exponencial relativamente predecible, la miniaturización de los OLED había sido mucho más conservadora. El enfoque desarrollado en la ETH rompe esta inercia y, además, lo hace con una ventaja clave desde el punto de vista industrial: el método es compatible con los procesos estándar de litografía empleados en la fabricación de chips.

Para demostrar la viabilidad del concepto, los investigadores fabricaron un logotipo de la ETH compuesto por 2.800 nano-OLEDs. El conjunto tiene un tamaño comparable al de una célula humana, y cada píxel mide alrededor de 200 nanómetros. Se trata de una demostración simbólica, pero también extremadamente reveladora del potencial de esta tecnología.

El logotipo de ETH Zurich consta de 2.800 nano diodos emisores de luz y, a una altura de 20 micrómetros, coincide con el tamaño de una célula humana. Un solo píxel mide alrededor de 0,2 micrómetros (200 nanómetros). Imagen: Amanda Paganini / ETH Zurich
Cuando los píxeles interactúan: óptica sub-longitud de onda y control de la luz

Más allá de la miniaturización en sí misma, el verdadero cambio aparece cuando los píxeles alcanzan dimensiones inferiores a la mitad de la longitud de onda de la luz visible. En este régimen, conocido como sub-longitud de onda, las fuentes emisoras dejan de comportarse como elementos independientes.

Para la luz visible, el límite de difracción se sitúa aproximadamente entre 200 y 400 nanómetros, dependiendo del color. Los nano-OLEDs desarrollados en Zúrich pueden colocarse a distancias menores que ese umbral, lo que hace que los campos electromagnéticos de píxeles vecinos interactúen entre sí.

Tommaso Marcato, investigador postdoctoral del grupo, explica este fenómeno mediante una analogía sencilla: dos piedras lanzadas muy cerca una de otra en un lago generan ondas que, al encontrarse, forman patrones geométricos complejos. De forma equivalente, la luz emitida por nano-OLEDs próximos puede reforzarse o cancelarse, generando patrones de emisión controlables.

Los primeros experimentos ya han demostrado que estas interacciones pueden utilizarse para manipular la dirección de la luz emitida. En lugar de irradiar de manera difusa en todo el hemisferio superior del chip, las matrices de nano-OLEDs pueden diseñarse para emitir luz únicamente en ángulos específicos. Este control direccional, conseguido sin óptica externa, supone un avance relevante para la integración fotónica.

Además, el equipo ha logrado generar luz polarizada mediante la disposición adecuada de los píxeles, un aspecto clave en aplicaciones de imagen médica, caracterización de materiales y sistemas ópticos avanzados.

Una matriz de píxeles de nano diodos orgánicos emisores de luz muestra el logotipo de ETH con una resolución de 50.000 píxeles por pulgada (ppi). Imagen: Jiwoo Oh / ETH Zurich; Nature Photonics
Nuevas aplicaciones: microscopía, sensores y óptica del futuro

Esta reducción extrema del tamaño de los OLED abre un amplio abanico de aplicaciones. Píxeles de 100 nanómetros permitirían densidades tan elevadas que incluso dispositivos colocados a escasos milímetros del ojo, como gafas de realidad aumentada o virtual, podrían ofrecer imágenes continuas, sin efecto rejilla y con una percepción visual notablemente más natural.

Sin embargo, uno de los campos más prometedores es el de la microscopía óptica. Un array de nano-OLEDs puede funcionar como una fuente de iluminación extremadamente localizada, capaz de iluminar regiones submicrométricas de una muestra. Al combinar esta iluminación secuencial con técnicas de reconstrucción computacional, se podrían obtener imágenes de altísima resolución sin recurrir a sistemas ópticos voluminosos o costosos.

En el ámbito biomédico, la escala de estos píxeles los hace compatibles con estructuras celulares. Esto abre la puerta a sensores ópticos capaces de interactuar con neuronas individuales, ya sea para detectar señales, estimular tejidos o integrarse en sistemas de investigación neurocientífica y bioingeniería.

A más largo plazo, el objetivo del equipo de la ETH es lograr el control individual de cada nano-OLED. Esta capacidad es esencial para explotar plenamente los efectos de interacción óptica y desarrollar sistemas de óptica en fase reconfigurables. 

Chih-Jen Shih va incluso más allá y plantea un escenario futuro en el que grupos de nano-OLEDs se integren en meta-píxeles capaces de posicionarse y controlarse con precisión en el espacio. Este enfoque permitiría generar imágenes tridimensionales reales alrededor del espectador, un concepto que durante décadas ha pertenecido al terreno de la investigación teórica y que ahora empieza a encontrar una base tecnológica sólida.

Puede acceder al paper completo de la investigación a través del siguiente enlace:

https://www.nature.com/articles/s41566-025-01785-z

Créditos de imagen de portada: Amanda Paganini – ETH ZURICH