Duitse universiteit ontwikkelt kleinste OLED-pixel ter wereld

Natuurkundigen aan de Julius-Maximilians-Universitt Würzburg (JMU) in Duitsland hebben met succes 's werelds kleinste OLED lichtgevende pixel ontwikkeld, die kan worden gebruikt in micro-displaytoepassingen. De relevante onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science Advances.

Draagbare displaytechnologieën, zoals slimme brillen en onzichtbare display-apparaten, worden beschouwd als belangrijke toekomstige ontwikkelingen. Vanwege optische beperkingen en lichtopbrengst is de productie van micro-displaytechnologie echter altijd een uitdaging geweest in de industrie. Traditionele optische principes dicteren dat wanneer de pixelgrootte wordt verkleind tot een orde van grootte vergelijkbaar met de golflengte van licht, de lichtopbrengst aanzienlijk zal dalen, waardoor het moeilijk wordt om de helderheid van het display te behouden.

Om dit aan te pakken, introduceerde het onderzoeksteam aan de Universiteit van Würzburg op innovatieve wijze een "optische antenne"-structuur en gebruikten ze een speciale metalen contactlaag om de dubbele functies van stroominjectie en lichtversterking te bereiken. Hierdoor konden ze pixels creëren die oranje licht uitstralen in een gebied van slechts 300 x 300 nanometer, met een helderheid die vergelijkbaar is met die van conventionele OLED-pixels van 5 x 5 micrometer. Dit betekent dat een display met een resolutie van 1920 x 1080 theoretisch kan worden samengeperst tot een oppervlakte van slechts één vierkante millimeter.

Het onderzoeksteam merkte op dat de sleutel tot deze prestatie ligt in een doorbraak in het structurele ontwerp. OLED's bestaan uit meerdere lagen organische dunne films die tussen twee elektroden zijn geplaatst. Wanneer er stroom doorheen gaat, recombineren elektronen en gaten, waardoor de organische moleculen licht gaan uitzenden. Omdat elke pixel zelflichtend is, waardoor een achtergrondverlichting overbodig is, bereiken ze een hoog contrast, levendige kleuren en een hoge energie-efficiëntie, waardoor ze ideaal zijn voor AR- en VR-apparaten.

Traditionele OLED's hebben echter last van een ongelijke stroomverdeling tijdens het miniaturiseringsproces. Als de structuur direct wordt verkleind, zal de stroom zich concentreren in de hoeken van de pixel, wat niet alleen leidt tot ongelijke lichtemissie, maar ook de migratie van goudatomen kan veroorzaken als gevolg van het sterke elektrische veld, waardoor een filamentstructuur ontstaat en kortsluiting wordt veroorzaakt, wat uiteindelijk de pixel vernietigt.

Om dit probleem aan te pakken, voegde het onderzoeksteam een speciale isolatielaag toe bovenop de optische antenne, waardoor alleen een cirkelvormig gat met een diameter van ongeveer 200 nanometer in het midden overbleef, waardoor effectief werd voorkomen dat stroom vanaf de randen werd geïnjecteerd. Dit ontwerp verbeterde de stabiliteit van de pixel aanzienlijk, waardoor deze meer dan twee weken stabiel kon functioneren in natuurlijke omgevingen.

Het onderzoeksteam verklaarde dat de huidige lichtopbrengst van deze nano-OLED-pixel ongeveer 1% is. Het team zal zich vervolgens richten op het verder verbeteren van deze efficiëntie en het uitbreiden van het lichtbereik tot de volledige rode, groene en blauwe kleurenbereik. Als het onderzoek succesvol verloopt, wordt verwacht dat in de toekomst een micro-displaysysteem met een complete full-color display zal worden gerealiseerd.