OLED-Mikrodisplay mit einer Auflösung von 1440 × 1080 Pixel und den weltweit kleinsten Pixeln von 2,5 Mikrometern (Bild: Fraunhofer FEP, Fotografin: Claudia Jacquemin)
Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP ist Teil des Netzwerkes von Mikroelektronik- und Halbleiterherstellern sowie Forschungseinrichtungen am Technologiestandort Silicon Saxony und hat in den letzten Jahren stetig Mikrodisplays entwickelt. So entstanden verschiedene Mikrodisplays in Vollfarbe oder monochrom, von Ultra-Lowpower-Ausführungen bis zu hochaufgelösten Varianten für Augmented- und Virtual-Reality-Anwendungen (AR/VR).
Skalierungseffekte in kleineren CMOS-Technologien
Der überwiegende Teil der Mikrodisplays wird derzeit auf 200-mm-Wafern in 250- bis 90-nm-CMOS-Prozessknoten entwickelt und gefertigt. Mikrodisplays auf 300-mm-Wafern sind bisher selten. Das ist einerseits auf technische Gründe zurückzuführen, etwa auf die Verfügbarkeit passender Transistoren für die Ansteuerung der OLED, und andererseits auf wirtschaftliche Gründe.
Unabhängig davon steigen jedoch die Anforderungen an Bildqualität, Pixeldichte und integrierter Funktionalität. Daher haben die Fraunhofer-Forscher im Rahmen des vom SMWA geförderten Projektes Backplane die Skalierungseffekte in kleinerer CMOS-Technologien betrachtet und den Einsatz von 300-mm-Backplane-Prozessen untersucht. In kleinen Technologieknoten, sogenannten Small-node-Technologien, besteht in komplexen photonischen Systemen die Herausforderung, die für das Treiben erforderlichen Spannungen zu umzusetzen. Nun gelang den Forschern erstmals die Entwicklung eines OLED-Mikrodisplays mit winzigen 2,5-μm-Pixeln (entspr. 10.000 dpi) bei einer Displaydiagonale von 0,18 Zoll. Damit haben sie die Machbarkeit der Entwicklung von Displays auf Basis einer 28 nm Small-node-Technologie auf 300-mm-Wafern gezeigt.
Bildwiederholrate sinkt bei Bedarf auf 0 Hz
Die OLED-Mikrodisplays haben eine Auflösung von 1440 x 1080 px in monochromer Ausführung beziehungsweise 720 x 540 px in Vollfarbe. Die Architektur erlaubt einerseits bei unveränderlichem Displayinhalt die Bildwiederholrate im Extremfall auf 0 Hz zu reduzieren und so sämtlichen unnötigen Datentransfer zu vermeiden – ein enormer Vorteil für die Stromaufnahme. Herkömmliche Displays benötigen hier inhaltsunabhängig eine minimale Bildwiederholrate. Andererseits erlaubt eine programmierbare Ablaufsteuerung in Kombination mit einem integrierten Framebuffer im Extremfall auch Bildwiederholraten von bis zu 480 Hz – intern sogar bis zu mehreren Kilohertz.
Je nach Ausführung eignen sich die neuen Displays für den Einsatz in Lifestyle-Produkten wie Sportbrillen oder als Head-Mounted-Displays in Motorradhelmen, in industriellen Szenarien für Wearables in der Logistik oder für Remote-Wartungslösungen.
Das Fraunhofer FEP bietet die OLED-Mikrodisplays als Evaluations-Kits an, um Kunden Zugang und Testmöglichkeiten für die eigene Systemintegration sowie gemeinsame kundenspezifische Mikrodisplayentwicklungen mit der Industrie zu ermöglichen.
