Neuer Ansatz zur Mikrostrukturierung
OLED-Vollfarbdisplays ohne Farbfilter
Wissenschaftler des Fraunhofer FEP haben einen neuen Ansatz zur Mikrostrukturierung von OLED auf Silizium entwickelt. Damit könnte künftig der Einsatz von Farbfiltern und Schattenmasken entfallen, vollfarbige Displays mit einem neuen Verfahren könnten entwickelt werden.
OLED-Mikrodisplays sind dünn und seltbstleuchtend. Zunehmend mehr Hersteller greifen wegen dieser Vorteile auf OLED-Mikrodisplays für Datenbrillen zurück. Aktuell besteht allerdings in der OLED-Technologie die Herausforderung, dass Vollfarbdisplays nur durch Einsatz von Farbfiltern oder Schattenmasken realisierbar sind, die die Auflösung der OLED reduzieren.
Unternehmen suchen deshalb nach neuen Ansätzen, mit denen sich die Mikrodisplays hochauflösend und gleichzeitig effizient und langlebig herstellen lassen. Eine der größten Probleme stellt dabei die Strukturierung der organischen Schichten in den OLED dar, weil konventionelle Methoden, wie die Photolithografie, bei organischen Halbleiter-Materialien nicht anwendbar sind. Einen Ansatz haben die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) schon vor zwei Jahren demonstriert: die Elektronenstrahltechnologie zur Mikrostrukturierung. Mit dem patentierten Verfahren gelang es, eine komplette OLED durch ihre Verkapselung hindurch zu strukturieren und so beliebige Strukturen und auch hochauflösende Bilder in Graustufen zu erzeugen.
Dieses Elektronenstrahlverfahren haben die Forscher nun weiterentwickelt, wodurch eine vollfarbige OLED-Strukturierung ohne Farbfilter hergestellt werden kann. Um rote, grüne und blaue Pixel zu erzeugen, wird eine organische Schicht der OLED selbst mit einem thermischen Elektronenstrahlprozess strukturiert. Diese Strukturierung bewirkt, dass sich die Dicke des Schichtstapels ändert, womit die Emission von verschiedenen Farben möglich wird.
Damit ist ein erster großer Schritt zur Entwicklung von Vollfarbdisplays ohne den Einsatz einschränkender Farbfilter im Prozess gelungen. »Mit unserem Elektronenstrahl-Verfahren ist es möglich, auch solche sensiblen, organischen Materialien thermisch zu strukturieren, ohne darunterliegende Schichten zu schädigen«, erklärt Elisabeth Bodenstein, Entwicklerin im Projektteam des Fraunhofer FEP.
Die Ergebnisse wurden über Simulationen und initiale Schätzung der HTL-Dicken (Hole Transport Layer) erreicht, die man mit dem Elektronenstrahl strukturiert. Die Forscher erzielten tatsächlich die Auskoppelung von Rot, Grün und Blau aus der weißen OLED. Mit Prinzipnachweisen am Fraunhofer FEP konnten die Wissenschaftler auf ersten Testsubstraten die Farben bei vergleichbarer Performance der OLED demonstrieren. Weitere Anwendungsfelder sehen die Forscher in der Bearbeitung anorganischer Schichten, in Bereichen der Photovoltaik, für die Fertigung von MEMS und in der Dünnschichttechnik.
Nächster Etappenstopp: Etablierung in der Industrie
In den kommenden Jahren wollen die Fraunhofer-Forscher gemeinsam mit Partnern OLED-Mikrodisplays mit der neuen Methode entwickeln und durch Lizenzierung in der Industrie etablieren. Dafür sollen unter anderem die Strukturen noch weiter miniaturisiert und die Prozessoptimierung vorangetrieben werden. Im nächsten Schritt soll die Mikrostrukturierung in bestehende Prozessabläufe integriert werden, um Know-how für und mit Industriepartnern zu gewinnen. Damit soll der künftige Transfer der Testergebnisse in eine bestehende Prozesslinie erarbeitet werden, um eine spätere Etablierung der Technologie auf Industrieniveau zu ermöglichen.
Begleitend dazu planen die Wissenschaftler eine erweiterte Simulation der OLED. Mit einer Anpassung von Materialien und Schichtdicken soll das Farbspektrum der OLED noch verbreitert werden. Perspektivisch soll so der Einsatz der Displays in Datenbrillen z.B. für Spezialanwendungen in der Industrie oder Medizin über diesen Prozess eröffnet werden.
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