DISPLAYS&BELEUCHTUNG / Forschung Aktuell
OLED-Mikrodisplays: Bildgeber für AR und VR
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Die OLED-auf-SiliziumTechnik
Die monolithische Integration der OLED-Schichten auf Silizium-Wafer kombiniert effiziente Lichterzeugung der organischen Elektronik mit leistungsstarker Siliziumtechnik, die präzises Strukturieren (hohe Pixeldichte) und hohen Designfreiheitsgrad der Displaybackplane bezüglich Displayauflösung und Ansteuerkonzept bietet. Zudem können Sensoren, Datenverarbeitung und weitere Features einheitlich integriert werden. Die Displaybackplane ist ein Standard-CMOS-Wafer der die Schaltung zur Pixelansteuerung enthält. Die Anoden der OLED-Pixel werden durch die letzte Verdrahtungsebene des CMOS-Prozesses gebildet. Einfarbige Displays im sichtbaren Spektrum gelingen mit der passenden Auswahl der organischen Materialien und des Schichtstapeldesigns. Weiterhin ist auch UV- oder NIR-Emission möglich.
Die etablierte vollfarbige OLED-Mikrodisplaytechnik setzt eine weiße OLED in Kombination mit lithographisch strukturierten Farbfiltern ein. Auf Pixelniveau wird jeweils nur rotes, grünes oder blaues Licht herausgefiltert. Damit sinkt die Effizienz im Vergleich zu monochromen Displays.
Vollfarbige Mikrodisplays ohne zusätzliche Filter benötigen eine Substrukturierung der OLED-Schichten auf Pixelniveau im Bereich von ca. 5 µm. Dieser industriell noch nicht beherrschte Prozess wird derzeit am Fraunhofer FEP erforscht.
OLED-Mikrodisplays von Fraunhofer FEP
Weltweit beschäftigen sich eine Handvoll Firmen und Institutionen mit der Entwicklung und Fertigung von OLED-Mikrodisplays sowie der zugrundeliegenden Technologien. Das Fraunhofer FEP ist als einziges unabhängiges Forschungs-, Entwicklungs- und Fertigungszentrum seit über einer Dekade aktiv, weltweit vernetzt und im März 2017 Ausrichter der Displaytagung »SID-ME« gewesen.
Die Bandbreite der vom FEP entwickelten Mikrodisplays reicht von monochromen QVGA-Displays mit 1,6 mm Bildschirmdiagonale bis zu vollfarbigen SVGA-Displays mit 16 mm Bildschirmdiagonale und eingebettetem Bildsensor. Kernthema der Forschung ist die Integration zusätzlicher Funktionalität sowie die Erforschung und Umsetzung neuartiger Konzepte. Aktuell wurde auf der SID-ME 2017 ein WUXGA-Mikrodisplay mit 1920×1200 Pixeln und 25 mm Bildschirmdiagonale vorgestellt. Im Design der Displaybackplane, dem Zusammenspiel mit dem CMOS-Hersteller und der Schnittstelle zur OLED-Technik ist jahrelang Expertise aufgebaut worden. Spezifische Designs können mit ausgeklügeltem Systemkonzept und moderner Designmethodik schnell umgesetzt und zwischen unterschiedlichen CMOS-Prozessen kurzfristig transferiert werden. Die zugehörige flexible Fertigung reicht vom Prototypenbau über Kleinserien bis hin zur Pilotfertigung.
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