Deutsche Universität entwickelt kleinstes OLED-Pixel der Welt

Physiker der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in Deutschland haben erfolgreich das weltweit kleinste OLED-lichtemittierende Pixel entwickelt, das in Mikro-Display-Anwendungen eingesetzt werden kann. Die relevanten Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Technologien für tragbare Displays, wie z. B. intelligente Brillen und unsichtbare Anzeigegeräte, gelten als wichtige zukünftige Entwicklungen. Aufgrund optischer Einschränkungen und der Lichtausbeute war die Herstellung von Mikro-Display-Technologie jedoch schon immer eine Herausforderung in der Industrie. Herkömmliche optische Prinzipien besagen, dass die Lichtausbeute deutlich sinkt, wenn die Pixelgröße auf eine Größenordnung reduziert wird, die mit der Wellenlänge des Lichts vergleichbar ist, wodurch es schwierig wird, die Display-Helligkeit aufrechtzuerhalten.

Um dies zu beheben, führte das Forschungsteam der Universität Würzburg innovativ eine "optische Antennen"-Struktur ein und nutzte eine spezielle Metallkontaktschicht, um die Doppelfunktionen der Stromeinspeisung und Lichtverstärkung zu erreichen. Dies ermöglichte es ihnen, Pixel zu erzeugen, die orangefarbenes Licht auf einer Fläche von nur 300 x 300 Nanometern emittieren, mit einer Helligkeit, die mit der von herkömmlichen OLED-Pixeln mit einer Größe von 5 x 5 Mikrometern vergleichbar ist. Dies bedeutet, dass ein Display mit einer Auflösung von 1920 x 1080 theoretisch auf eine Fläche von nur einem Quadratmillimeter komprimiert werden könnte.

Das Forschungsteam stellte fest, dass der Schlüssel zu diesem Erfolg in einem Durchbruch im strukturellen Design liegt. OLEDs bestehen aus mehreren Schichten organischer Dünnschichten, die zwischen zwei Elektroden eingebettet sind. Wenn Strom durch sie fließt, rekombinieren Elektronen und Löcher und regen die organischen Moleküle zur Lichtemission an. Da jedes Pixel selbstleuchtend ist und keine Hintergrundbeleuchtung benötigt, erzielen sie einen hohen Kontrast, lebendige Farben und eine hohe Energieeffizienz, was sie ideal für AR- und VR-Geräte macht.

Herkömmliche OLEDs leiden jedoch unter einer ungleichmäßigen Stromverteilung während des Miniaturisierungsprozesses. Wenn die Struktur direkt reduziert wird, konzentriert sich der Strom in den Ecken des Pixels, was nicht nur zu einer ungleichmäßigen Lichtemission führt, sondern auch die Migration von Goldatomen aufgrund des starken elektrischen Feldes verursachen kann, wodurch eine Filamentstruktur entsteht und ein Kurzschluss verursacht wird, der letztendlich das Pixel zerstört.

Um dieses Problem zu lösen, fügte das Forschungsteam eine spezielle Isolierschicht auf der optischen Antenne hinzu, wobei nur ein kreisförmiges Loch mit einem Durchmesser von etwa 200 Nanometern in der Mitte verblieb, wodurch effektiv verhindert wurde, dass Strom von den Rändern eingespeist wird. Dieses Design verbesserte die Stabilität des Pixels erheblich und ermöglichte es ihm, über zwei Wochen lang in natürlicher Umgebung stabil zu arbeiten.

Das Forschungsteam gab an, dass die aktuelle Lichtausbeute dieses Nano-OLED-Pixels etwa 1 % beträgt. Das Team wird sich als Nächstes darauf konzentrieren, diese Effizienz weiter zu verbessern und den Leuchtbereich auf den vollen Rot-, Grün- und Blau-Farbbereich auszudehnen. Wenn die Forschung erfolgreich verläuft, wird erwartet, dass in Zukunft ein Mikro-Display-System mit einem vollständigen Vollfarb-Display realisiert wird.