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Faszination Technik Hellere Mikrodisplays dank weiterentwickelter OLED-Technik

Quelle: Fraunhofer 2 min Lesedauer

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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: ein sehr helles OLED-Mikrodisplay mit über 70.000 Nits, das dank neuartiger OLED-Stapel entwickelt werden konnte.

Ein ultrahelles Mikrodisplay, das durch mehrfach gestapelte OLEDs aufgebaut ist, bietet eine Helligkeit von über 70.000 Nits.(Bild: Fraunhofer IPMS)
Ein ultrahelles Mikrodisplay, das durch mehrfach gestapelte OLEDs aufgebaut ist, 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 optischen Systemen wie Wellenleiter, die hohe Helligkeitsverluste verursachen. Hier setzt das Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS an. Wissenschaftler haben dort ein hocheffizientes, einfarbiges OLED-Mikrodisplay mit einer Helligkeit von über 70.000 Nits entwickelt. 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 fünf Prozent, 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, beispielsweise Waveguides oder holografische Elemente.

Semi-transparentes Mikrodisplay

Im letzten Jahr hatten die Forscher des Fraunhofer IPMS ein neuartiges semi-transparentes 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.

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