Mehr Durchblick Transparente Elektronik optimiert OLED-Mikrodisplays

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Forscher des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme (IPMS) haben die Transparenz von OLED-Mikrodisplays deutlich erhöht. Hier erklären Sie, wie das funktioniert ...

Transparente Elektronik leistet bereits in einigen Anwendungen zuverlässige Dienste, sagen die IPMS-Forscher. So kann man sie als hauchdünne Schichten auf Touchdisplays finden oder als transparente Folien mit aufgedruckten Antennen für den Mobilfunk. OLED-Mikrodisplays waren bisher jedoch nicht transparent. Im Rahmen des von der Fraunhofer-Gesellschaft geförderten Projektes HOT („Hochperformante transparente und biegbare Mikro-Elektronik für photonische und optische Anwendungen“ – Fördernummer MAVO 840092) wurden aber bereits OLED-Mikrodisplays mit einer Transparenz von 20 Prozent entwickelt. Nun konnte das Ganze weiter vorangebracht und erstmals eine Transparenz von 45 Prozent bei einem CMOS-OLED-Mikrodisplay erreicht werden.

So verbessert man die Transparenz von OLED-Displays

Das Verfahren „OLED-auf-Silizium“ verwendet eine Silizium-Backplane, die die gesamte Aktiv-Matrix-Ansteuerelektronik für die Pixel enthält, wie die Forscher weiter ausführen. Die organische Front-plane ist dazu auf der obersten Metallisierungsebene monolithisch integriert, wobei sie gleichzeitig als Ansteuerkontakt für die organische Leuchtdiode (OLED) dient. Der zweite Anschluss der OLED wird durch eine halbtransparente obere Elektrode gebildet, die alle Pixel gemeinsam nutzen, wie es weiter heißt. Die Schaltung der Pixel basiert auf Silizium-CMOS-Technik und erfordert mehrere Metallschichten, um die in das Substrat eingebetteten Transistoren zu verbinden. Diese Metallverbindungen bestehen aus Aluminium oder Kupfer.

Zusätzlich benötigt die optische Struktur der OLED eine stark reflektierende untere Elektrode, um eine hohe optische Effizienz nach oben zu erreichen. Diese beiden Aspekte führen dazu, dass die Pixel selbst nicht durchsichtig sind. Ein transparentes Mikrodisplay lässt sich jedoch durch ein räumlich verteiltes Design dieser grundlegenden Pixelstruktur aufbauen, wobei transparente Bereiche zwischen den Pixeln sowie eine minimierte Spalten- und Reihenverdrahtung geschaffen werden. Außerdem tragen die Vermeidung von OLED-Schichten in den transparenten Bereichen, die Einführung von entspiegelnden Beschichtungen und die Neugestaltung der Verdrahtung dazu bei, die Transparenz weiter zu erhöhen.

Grundsätzlich gibt es den Pixelansatz und den Clusteransatz

Um optische Systeme halbtransparent zu machen, gibt es zum einen den sogenannten Pixelansatz. Bei diesem werden transparente Bereiche zwischen den Pixeln geschaffen. Er eignet sich beispielsweise zur Bildüberlagerung innerhalb eines komplexen optischen Systems, wobei das Bild zwischen anderen Bildebenen eingesetzt wird, wie die Experten erklären. Zum anderen gibt es den Clusteransatz, bei dem mehrere Pixel zu größeren, undurchsichtigen Clustern zusammengefasst werden, wobei zwischen den Clustern größere transparente Bereiche entstehen. Er sei ideal für Anwendungen in der Augmented Reality (AR), wie beispielsweise Datenbrillen, bei denen über jedem Cluster eine Mikrooptik implementiert ist. Die Mikrooptiken fassen die Clusterbilder zu einem virtuellen Bild zusammen. Die transparenten Bereiche bleiben davon unberührt. So kann man dennoch die reale Umgebung sehen. Mit der neuen Entwicklung des IPMS will man übrigens beide Möglichkeiten unterstützen.

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