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Monochromes OLED-Mikrodisplay Mehrfach gestapelte OLED mit einer Helligkeit von über 70.000 Nits

Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter 2 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut fuer Photonische Mikrosysteme
ACTRON AG
DMB Technics AG
Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Mit neuartigen OLED-Stapeln ist es den Forschern gelungen, sehr helle OLED-Mikrodisplays mit über 70.000 Nits zu entwickeln. Doch nicht nur die Helligkeit der Mikrodisplays konnte verbessert werden.

Ein ultrahelles Mikrodisplay, das durch mehrfach gestapelte OLEDs aufgebaut ist. Das einfarbige OLED-Mikrodisplay bietet eine Helligkeit von über 70.000 Nits.(Bild: Fraunhofer IPMS)
Ein ultrahelles Mikrodisplay, das durch mehrfach gestapelte OLEDs aufgebaut ist. Das einfarbige OLED-Mikrodisplay bietet eine Helligkeit von über 70.000 Nits.
(Bild: Fraunhofer IPMS)

Für hellere und auch effizientere Datenbrillen spielt eine weiterentwickelte OLED-Technik eine essentielle Rolle. Da Datenbrillen auch bei Tageslicht verwendet werden, liegt der Fokus auf die optischen Systeme wie Wellenleiter, die hohe Helligkeitsverluste verursachen. Hier setzt das Fraunhofer IPMS an, welches ein hocheffizientes, einfarbiges OLED-Mikrodisplay mit einer Helligkeit von über 70.000 Nits entwickelt hat. Der verwendete OLED-Stapel erreicht sogar über 200.000 Nits auf Referenzsubstraten. Auch die Lebensdauer konnte verbessert werden. Sie stieg bei LT95 und 50.000 Nits von 900 auf 1.300 Stunden.

Johannes Zeltner, Doktorand am Fraunhofer IPMS, erläutert: „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. 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, d.h. der Abfall der Helligkeit um 5 %, bei 50.000 Nits von 900 auf 1.300 Stunden, signifikant verbessert werden kann.“

Geringerer Abstand der Subpixel

Die Stromeffizienz und Helligkeit von 1-, 2- und 3-fach gestapelten OLED wurden zunächst an passiven Testsubstraten evaluiert und konnten anschließend erfolgreich auf CMOS-Backplanes mit 0,62 Zoll mit SXGA-Auflösung übertragen werden. 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. Lösungsansätze 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.

Semi-transparentes Mikrodisplay

Im letzten Jahr hatten die Forscher des Fraunhofer IPMS ein neuartiges semitransparentes Mikrodisplay vorgestellt. Eingesetzt werden Silizium-CMOS-Prozesse aus Silizium-auf-Isolator-Wafern (SOI). Sie bestehen aus einer dünnen Schicht kristallinen Siliziums auf einem oxidierten Silizium-Trägersubstrat. Dank dieser Struktur lassen sich sehr dünne Schaltkreisschichten implementieren. (heh)

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