OLED-Fertigung OLED-Pixel per Fotolithografie statt Schattenmaske strukturieren

Anbieter zum Thema

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

DMB Technics AG

Forscher der ETH Zürich haben ein elektrolumineszentes Polymer entwickelt, das sowohl als OLED-Emitter als auch als Fotolack eingesetzt werden kann. Damit lassen sich OLED-Strukturen mit einer Auflösung von bis zu 110 nm direkt lithografisch fertigen. Die Arbeit reiht sich in die Suche nach Alternativen zur klassischen Fine-Metal-Mask-Fertigung ein.

Ein Team um Chih-Jen Shih und Yinyin Bao hat an der ETH Zürich elektrolumineszente Polymere entwickelt, die eine Doppelfunktion übernehmen: Sie emittieren nach einer elektrischen Anregung Licht wie ein klassischer OLED-Emitter und lassen sich zugleich als Fotolack per UV- oder Elektronenstrahl-Lithografie direkt strukturieren. Die Arbeit erschien am 16. September 2026 unter Federführung von Erstautor Shao-Wei Lo im Fachmagazin Nature.

Materialaufbau und Demonstratoren

Das Material ist als Core-Shell-Mehrarm-Sternpolymer aufgebaut, synthetisiert per Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP). Ein lichtemittierender Kern aus TADF-Emittern (thermally activated delayed fluorescence) ist von einer Schutzhülle umgeben, die ihn von den reaktiven, photovernetzbaren Gruppen an der Molekülperipherie abschirmt. Mit der räumlichen Trennung will man laut Studie verhindern, dass die aggressiven Lösungsmittel und Ätzschritte der Lithografie den Emitter beschädigen. Ein Problem, an dem frühere Versuche einer direkten OLED-Chipfertigung bislang scheiterten.

Die Forscher zeigten das Verfahren an zwei Testkörpern: einem mehrfarbigen Fluoreszenzbild eines Aras (300 µm x 430 µm, 250 Pixel x 350 Pixel) zum Nachweis der Mehrfarb-Strukturierungsgenauigkeit sowie einem elektrisch betriebenen, leuchtenden ETH-Logo mit 1 mm x 2,4 mm als Funktionsnachweis eines realen OLED-Bauteils. Bei Multicolor-OLEDs erreichte das Team laut Studie externe Quanteneffizienzen von über 13 Prozent.

Zur Einordnung der Auflösungsangabe

Die vielzitierten 110 nm beziehen sich auf einfarbige Fluoreszenz-Nanostrukturen unterhalb der Beugungsgrenze und nicht auf die Pixelgröße der gezeigten Mehrfarb-Demonstratoren, die mit rechnerisch rund 1,2 bis 1,7 µm Pixelabstand im Mikrometerbereich liegt. Für reale Mikrodisplay-Anwendungen bleibt damit offen, wie weit sich die Multicolor-Strukturierung Richtung Sub-Mikrometer skalieren lässt.

Die in der kommerziellen AMOLED-Fertigung übliche Fine Metal Mask (FMM) stößt bei sehr hohen Pixeldichten an physikalische Grenzen. Das ist vor allem für Mikrodisplays in AR/VR-Anwendungen entscheidend, wo Pixelabstände im einstelligen Mikrometerbereich gefordert sind. Der ETH-Ansatz verlagert die Strukturierung direkt in das Emittermaterial und eröffnet damit laut Studie auch eine Perspektive auf monolithische Integration von OLED und CMOS-Schaltungen.

Der Ansatz steht neben einem zweiten Verfahren, das LG Display vorgestellt hatte. Mit der UV-Photolithografie haben die Koreaner einen Weg gezeigt, um Metallfeinmasken durch UV-Photolithografie zu ersetzen. Der Unterschied: Bei dem als FLiPP bezeichneten Verfahren wird eine separate Fotolack-Schicht über dem Emittermaterial aufgetragen, während beim ETH-Verfahren das lichtemittierende Polymer selbst fotostrukturierbar ist. Somit entfällt ein zusätzlicher Prozessschritt. Beide Verfahren verfolgen unterschiedliche technische Wege mit demselben Ziel, eine höhere Auflösung und bessere Materialausnutzung jenseits der klassischen Schattenmasken-Fertigung zu erreichen.

Weitere mögliche Anwendungen

Über Mikrodisplays hinaus nennt das Team weitere mögliche Anwendungsfelder. Dazu gehören beispielsweise präzise Lichtquellen für die biologische Forschung, etwa zur gezielten Stimulation einzelner Zellen oder Neuronen in Zellkulturen, sowie Einsatzmöglichkeiten in medizinischer Diagnostik, Mikroskopie und integrierter Optik.

Noch handelt es sich um eine Labordemonstration. Offen sind unter anderem die Skalierbarkeit der Mehrfarb-Auflösung Richtung Sub-Mikrometer, die Langzeitstabilität der Emitter im Bauteilbetrieb sowie die Ausbeute im Wafer-Maßstab. (heh)

UV-Photolithografie statt Metallschablone

LG Display stellt Verfahren für eine verbesserte OLED-Effizienz vor

(ID:50968971)