韓国電気研究院（KERI）のピョ・ジェヨン博士チームが3Dプリンティングによって作成されたナノ構造の発光パターンを明らかにした。超高解像度ディスプレイ分野で技術革新が期待される。
ディスプレイ装置において解像度が高いということは、画面内の画素数が多いことを意味する。画素密度が高ければ高いほど、映像や写真がより精密で繊細に表現される。
画素の密度を高めるために、発光素子をマイクロメートル（100万分の1メートル）を超えてナノメートル（10億分の1メートル）レベルまで小さく製作する方法について研究が進められている。
発光素子のサイズが数百ナノメートルレベルまで小さくなると、光と物質の相互作用に独特な変化が生じる。従来の典型的で一貫した発光パターンとは大きな違いが見られる。このような独特な発光パターンを理解することは、ナノ発光素子の実際の活用に向けて前提となる必須要素である。
ナノフォトニック3Dプリンティング技術（ナノメートルの高解像度3Dプリンティングで光素子を実現する技術）を用いて数年間ディスプレイ分野を研究してきたKERI研究チームが、これまで蓄積してきた研究能力を基にナノ構造で観察される高指向性（Highly directional）発光パターンを突き止めることに成功した。
一般的に、従来の化学・物理蒸着法では、発光材料を希望の位置に希望のサイズで均一に製作することが難しい。KERIの3Dプリンティング技術は、印刷ノズルの口径を調整し構造物の直径を制限することができ、発光材料を希望の位置に、広範囲にわたって希望のサイズ（直径1万分の1メートル～1000万分の1メートル）で製作することができる。
ピョ・ジェヨン博士チームは3Dプリンティング技術を用いてナノメートルからマイクロメートルレベルまで精巧に実現した試験片（試験と分析に使うために用意された標本）を通じて発光様相を実験的に測定し、深層分析と交差検証のために電磁波シミュレーションも同時に行った。
その結果、発光素子のサイズが直径300ナノメートルレベルまで非常に細かくなると、空間的制限により光の内部反射がなくなり、一直線の一方向にのみ伝播され、光が放出される際に高い指向性（方向性）の発光パターンを示すことが明らかになった。
基本的に光は構造物内部でさまざまな経路を通じて伝播され、これらの重なりによって広い発光パターンが見られる。ナノ線構造では一直線の単一経路のみ存在し、高指向性発光パターンが形成される。
このような特性は、ディスプレイ、光ストレージメディア、暗号化装置などの性能を大幅に向上させるために利用される可能性がある。従来の広い発光パターンを持つ構造物は近くに集まると互いに重なり合ったり、ぼやけたりする「光学的クロストーク（Optical Crosstalk）」が発生する。
一方、KERIの研究チームは、高指向性発光パターンを持つナノ線は高密度で集まっても画素間明確な区別が可能であり、情報解釈の歪みがなくなるため、高性能装置の実現に活用できると実験的に提案した。
この研究結果は、最近アメリカ化学会（American Chemical Society）が発行するナノ科学分野の国際ジャーナル「ACS Nano」に一番注目度の高い論文として掲載された。
ピョ博士は「ナノ領域での光物理研究は試験片制作が難しく、コストと時間がかかるが、我々は簡単で柔軟な3Dプリンティングというプラットフォームを用いてナノ構造の発光様相を初めて解明した」と述べ、「今回の研究結果は国家戦略技術である先端ディスプレイや量子分野の技術の競争力向上に大いに貢献するだろう」と語った。
研究チームは今回の研究が超小型発光素子が活用される拡張現実（AR）・仮想現実（VR）、ビームプロジェクター、光ストレージメディア、光集積回路、暗号化技術、安全な印刷などの分野で注目されると見て応用・普及に乗り出す計画である。
コメント0