Die weitere Verbreitung der OLED-Technologie ist abhängig von der Entwicklung geeigneter Materialien, Bauelemente und  Herstellungsverfahren, welche hinsichtlich Kosten, Eigenschaften und Leistungsfähigkeit skalierbar sind. Im Laufe der letzten zehn Jahre wurden wesentliche Fortschritte bei der Synthese und der Charakterisierung von OLED-Materialien gemacht. Durch ein besseres Verständnis der Materialeigenschaften und der Schnittstellen zwischen den organischen Halbleitern und anderen Materialien wurden bei Bauelementen ausgezeichnete Leistungsergebnisse erzielt. Trotz der wesentlichen Verbesserungen in Bezug auf Leistung und Stabilität gilt es, noch eine Reihe technologischer Problemstellungen zu lösen, um die Herstellung organischer Bauelemente im gleichen Umfang wie z.B. in der Siliziumindustrie zu ermöglichen. Während die Standardlithographieprozesse für die Strukturierung von anorganischen Schaltkreiskomponenten schon verfügbar sind, bleiben die Mikrostrukturierung, die Verarbeitung und Integration von organischen Materialien für elektronische und optoelektronische Systeme eines der anspruchsvollsten Problemstellungen auf dem Gebiet der organischen Elektronik.

Das Fraunhofer COMEDD erforscht in Zusammenarbeit mit dem Industriepartner Orthogonal Inc. (Rochester, NY/USA) neuartige Ansätze für die OLED-Mikrostrukturierung, die als orthogonale Photolitographie bezeichnet werden.

„Die orthogonale Photolitographie ist eine patentierte Technologie, die eine direkte Strukturierung von organischen Materialien auf CMOS-Backplanes ermöglicht“, erklärt Dr. Alexander Zakhidov, Leiter der Entwicklungsgruppe. „Somit sind nun hochauflösende OLED-Mikrodisplays für head-mounted Displays und Datenbrillen mit einer Helligkeit von 5000 cd/m² möglich.” Mikrodisplays mit einer derart hohen Helligkeit werden für Anwendungen der erweiterten Realität benötigt, bei denen das virtuelle Bild auch bei Tageslicht sichtbar eingeblendet wird.

Der direkten RGB-Pixel-Strukturierung mit herkömmlichen Technologien - wie der Verwendung von Schattenmasken, welche einen Pixelabstand von ca. 50 µm ermöglichen - , sind enge Grenzen gesetzt. Bisher können geringere Pixelabstände nur erreicht werden, indem man alle Subpixel mit einer weißen OLED beschichtet und einen Farbfilter hinzufügt. Dieser Filter ist in der Lage, rote, grüne und blaue Subpixel zu separieren. Nachteilig ist jedoch, dass der Farbfilter enorme Verluste hinsichtlich der Licht- und Bildhelligkeit verursacht. Die Ursache hierfür ist, dass ungefähr 2/3 des Spektralbereiches der weißen Pixel immer für die Farben, die nicht benötigt werden, unterdrückt wird und die weiße OLED selbst weniger effizient ist als jeweils monochrome. Es können also nur 10 bis 20 % des abgestrahlten Lichtes verwendet werden.

Die neuentwickelte Technologie zur direkten Strukturierung von RGB-Pixeln ohne Farbfilter macht sich die Tatsache zu Nutze, dass ein Großteil der organischen Materialien entweder hydrophob oder hydrophil und daher orthogonal unlöslich und beständig gegenüber hochfluorierten Chemikalien ist. Deshalb können geeignete fluorierte Photolacke für die Strukturierung von organischen Schichten verwendet werden, ohne dass die Leistungsfähigkeit der organischen Bauelemente beeinträchtigt wird. Die Verfügbarkeit derartiger orthogonaler Photolacke für die Herstellung komplexer Bauelementestrukturen erweitert den Bereich der Möglichkeiten für die organische Elektronik.

Fraunhofer COMEDD setzt die orthogonale Photolitographie im Reinraum ein und hat diese in ihre 200 mm Wafer-Mikrodisplay-Pilotfertigungslinie integriert.

Leistungen des Fraunhofer COMEDD für die Bearbeitung von 200 mm Wafern:

• 300 m² Reinraumklasse 100
• Photolack-Abscheidung mit Schichtdickenhomogenität von < 1 %
• Auflösung 1 µm
• Alignment 1 µm
• Nassbank für Reinigung/Ätzen
• Trocken-RIE-Ätzen mittels Ar-Ionen-Aufbereitungsanlage und O²-Plasma
• Stapel/Mengen-Vakuum/N₂-Ofen, Heizplatten Luft/N₂
• optische Inspektion, Partikelkontrolle

Auf der SID 2014 hält Dr. Alexander Zakhidov zu diesem Thema einen Vortrag auf dem Exhibitor Forum (4. Juni 2014, 16.15 Uhr, Halle B) und Dr. Uwe Vogel zum Thema „Bidirektionale Mikrodisplays“ (4. Juni 2014, 16:00 Uhr, Halle B).