16 Jan. Besonders helle Mikrodisplays aus gestapelten OLEDs
Ein hocheffizientes, einfarbiges OLED-Mikrodisplay mit einer Helligkeit von über 70.000 Nits haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS entwickelt. Der verwendete Stapel aus organischen Leuchtdioden soll sogar über 200.000 Nits auf Referenzsubstraten erreichen. Das Mikrodisplay wird erstmals auf der SPIE AR VR MR 2025, vom 28. bis 29. Januar 2025, in San Francisco präsentiert.
Insbesondere Nutzer von Datenbrillen für erweiterte Realität (augmented reality, AR) benötigen bei Tageslicht besonders helle Displays, um Inhalte klar erkennen zu können. Hohe Helligkeit und geringer Stromverbrauch sind daher entscheidende Entwicklungsziele, da optische Systeme – wie AR-Brillen – hohe Helligkeitsverluste aufweisen und tragbare Geräte durch Batteriespeicher limitiert sind.
Höchste Helligkeit oder höhere Lebensdauer
Johannes Zeltner, Doktorand am Fraunhofer IPMS: „Durch das Stapeln von OLED-Schichten konnte diese herausragende Helligkeit erreicht werden.“ Zeltner erklärt: „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. Dies kann man nutzen, um entweder extrem hohe Helligkeiten zu erreichen oder bei vorgegebener Helligkeit die maßgeblich lebensdauerbestimmende Stromdichte zu reduzieren. Messungen haben gezeigt, dass im Vergleich zwischen einer 1-Unit- und 2-Unit-OLED die Lebensdauer LT95, das heißt der Abfall der Helligkeit um fünf Prozent, bei 50.000 Nits von 900 auf 1300 Stunden signifikant verbessert werden kann.“
Herausforderung bei gestapelten OLEDs
Die Stromeffizienz und Helligkeit von 1-, 2- und 3-fach gestapelten OLEDs wurden nach Angaben der Forschenden 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 OLEDs in Mikrodisplays zu Übersprechen zwischen benachbarten Pixeln führen. Lösungsansätze zur Reduktion dieses Crosstalks sind laut dem Entwicklerteam in Vorbereitung.
Vorteil: Schmalbandige Emission
Zudem haben die Arbeiten nach Angaben der Forschenden gezeigt, dass durch Mehrfachstapelung eine schmalbandige Emission mit hoher Helligkeit möglich ist. Hierdurch soll sich die spektrale Emission spezifisch anpassen lassen und der Einsatz von optischen Konzepten mit besonderen Anforderungen möglich werden, zum Beispiel bei Waveguides oder holografischen Elementen.
Verbesserungen und Marktfähigkeit
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 laut den Forschenden kontinuierlichen Forschungsbedarf, beispielsweise zu optischem Crosstalk, verbesserten OLED-Materialien sowie neuartigen Backplane-Architekturen. Die erzielten Ergebnisse sowie Forschungsdienstleistungen sollen interessierten Partnern weltweit angeboten werden, um mit diesen die OLED-Mikrodisplay-Technologie auf das nächste Level zu heben und in marktfähige Produkte zu integrieren.
SPIE AR VR MR 2025
Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS
Stand 6202
Quelle und Bild: www.ipms.fraunhofer.de
