Forscher des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS haben neuartige OLED-Stapel entwickelt, die außergewöhnlich helle Mikrodisplays ermöglichen. Diese wurden erstmals auf der Messe SPIE AR VR MR 2025 in San Francisco vorgestellt.
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 der Stromverbrauch tragbarer Geräte durch Batteriespeicher limitiert sind.
Das Fraunhofer IPMS stellt nun ein hocheffizientes, einfarbiges OLED-Mikrodisplay mit einer Helligkeit von über 70 000 Nits vor. Der verwendete OLED-Stapel erreicht sogar über 200 000 Nits auf Referenzsubstraten. Die hohe Helligkeit erreichten die Forscher und Forscherinnen durch Stapeln von OLED-Schichten, wobei die einzelnen Schichten ‚in Reihe geschaltet' werden. Dadurch steigt die Helligkeit mit jeder weiteren Unit, ohne dass sich dabei die Stromdichte im Bauelement erhöht. So kann entweder eine extrem hohe Helligkeit erreicht oder bei vorgegebener Helligkeit die maßgeblich lebensdauerbestimmende Stromdichte reduziert werden.
Schmalbandige Emission mit hoher Helligkeit
Messungen haben nach Angaben der beteiligten Forscher 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 1300 Stunden signifikant verbessert werden kann.
Die Stromeffizienz und Helligkeit von 1-, 2- und 3-fach gestapelten OLED wurden zunächst an passiven Testsubstraten evaluiert und konnten anschließend erfolgreich auf 0,62 ″-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 OLED in Mikrodisplays zu Übersprechen zwischen benachbarten Pixeln führen. Lösungsansätze zur Reduktion dieses Crosstalks sind in Vorbereitung.
Darüber hinaus haben die Arbeiten gezeigt, dass sich durch Mehrfachstapelung eine schmalbandige Emission mit hoher Helligkeit erreichen lässt. Hierbei kann die spektrale Emission spezifisch angepasst werden. So können optische Konzepte mit besonderen Anforderungen, wie Waveguides oder holografische Elemente, eingesetzt werden.
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 kontinuierlichen Forschungsbedarf, z. B. zu optischem Crosstalk, verbesserten OLED-Materialien sowie neuartigen Backplane-Architekturen.
