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Dank mehrfach gestapelter OLED

Sehr helle emissive Mikrodisplays

15. Januar 2025, 9:22 Uhr | Heinz Arnold

Ultrahelles Mikrodisplay durch mehrfach gestapelte OLED.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS haben neuartige OLED-Stapel entwickelt, die außergewöhnlich helle Mikrodisplays ermöglichen.

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Das ist insbesondere für Nutzer von AR-Datenbrillen interessant, denn diese Brillen benötigen bei Tageslicht besonders helle Displays, damit die Inhalte klar erkennbar werden zu können. Hohe Helligkeit und geringer Stromverbrauch sind deshalb entscheidende Entwicklungsziele. Denn optische Systeme – wie AR-Brillen – weisen hohe Helligkeitsverluste auf und weil es sich um tragbare Geräte handelt, sind sie auf Batteriespeicher mit beschränkter Kapazität angewiesen.

OLED-Stapel erreichen über 200.000 Nits

Jetzt hat das Fraunhofer IPMS stellt ein hocheffizientes, einfarbiges OLED-Mikrodisplay mit einer Helligkeit von über 70.000 Nits vorgestellt. Der verwendete OLED-Stapel erreicht sogar über 200.000 Nits auf Referenzsubstraten. Erstmals stellt das IPMS sie auf der SPIE AR VR MR 2025 (28. bis 29. Januar 2025, in San Francisco, Stand Nr. 6202) vor.

Geringe Stromaufnahme - lange Lebensdauer

»Durch das Stapeln von OLED-Schichten konnte diese herausragende Helligkeit erreicht werden. Die einzelnen OLED-Units werden hierbei „in Reihe geschaltet“, wodurch die Helligkeit mit jeder weiteren Unit gesteigert wird, ohne dabei die Stromdichte im Bauelement zu erhöhen«, erklärt Johannes Zeltner, Doktorand am Fraunhofer IPMS. »Dies kann man nutzen, um entweder extrem hohe Helligkeiten zu erreichen oder bei vorgegebener Helligkeit die maßgeblich lebensdauerbestimmende Stromdichte zu reduzieren.« Messungen hätten gezeigt, dass im Vergleich zwischen einer 1-Unit- und 2-Unit-OLED die Lebensdauer LT95 (der Abfall der Helligkeit um 5 Prozent) bei 50.000 Nits von 900 auf 1300 Stunden, signifikant verbessert werden kann.

Herausforderung Crosstalk

Die Stromeffizienz und Helligkeit von 1-, 2- und 3-fach gestapelten OLED wurden zunächst an passiven Testsubstraten evaluiert und konnten anschließend erfolgreich auf 0,62-Zoll-CMOS-Backplanes mit SXGA-Auflösung übertragen werden. Hierbei zeigten sich neue Herausforderungen für die weitere Forschung: Während bei herkömmlichen OLED-Displays der Abstand zwischen den Subpixeln oft mehrere zehn Mikrometer beträgt, sind es bei Mikrodisplays nur einige hundert Nanometer. Dies kann bei dickeren Schichtstapeln und mehrfach gestapelten OLED in Mikrodisplays zu Übersprechen zwischen benachbarten Pixeln führen. Ansätze zur Reduktion dieses Crosstalks sind in Vorbereitung.

Darüber hinaus haben die Arbeiten gezeigt, dass durch Mehrfachstapelung eine schmalbandige Emission mit hoher Helligkeit möglich ist. Hierbei kann die spektrale Emission spezifisch angepasst werden und ermöglicht den Einsatz von optischen Konzepten mit besonderen Anforderungen, wie zum Beispiel Waveguides oder holografischen Elementen.

OLEDs für AR-Anwendungen

Die Forscher sind überzeugt, dass die fortlaufende Weiterentwicklung zu immer höheren Helligkeiten und verbesserten Lebensdauern der OLED-Technologie einen festen Platz im Bereich der AR-Anwendungen sichert. Nichtdestotrotz gibt es kontinuierlichen Forschungsbedarf, etwa zu optischem Crosstalk, verbesserten OLED-Materialien sowie neuartigen Backplane-Architekturen.

Auf dem Weg zu marktfähigen Produkten

Die Forscher wollen die erzielten Ergebnisse sowie Forschungsdienstleistungen jetzt interessierten Partnern weltweit anbieten, um ihnen die OLED-Mikrodisplay-Technologie auf das nächste Level zu heben und in marktfähige Produkte zu integrieren.