OLED auf Zellebene: ETH revolutioniert die Optik

Was wurde mit den Nano-OLED erreicht?

Ein Forschungsteam der ETH Zürich hat ein Verfahren entwickelt, das organische Leuchtdioden (OLED) auf eine bislang unerreichte Nanogröße reduziert. Mit einem Durchmesser von etwa 100 Nanometern sind die neuen OLED-Pixel rund 50-mal kleiner als bisherige Systeme. Die Miniaturisierung gelang in einem einzigen Fertigungsschritt – ein bedeutender Fortschritt gegenüber konventionellen Herstellungsverfahren, die mehrere Prozessstufen erfordern.

Möglich wurde dies durch den Einsatz von Siliziumnitrid als Maskenmaterial. Diese Keramik bildet extrem dünne, stabile Membranen, die nicht durchhängen und sich für hochpräzise Musterungen eignen. Die fertigen Masken erlauben eine Pixelplatzierung mit einer Dichte von bis zu 2500-mal höher als in bisherigen OLED-Bildschirmen.

Welche Anwendungen sind durch Nano-OLED denkbar?

Die extrem kleine Pixelgröße schafft die Grundlage für eine Vielzahl neuer Anwendungen. In der Displaytechnik könnten ultrahochauflösende Bildschirme realisiert werden, etwa in Augmented-Reality-Brillen, bei denen das Bild nahe am Auge gestochen scharf erscheinen muss. Als Beispiel dient ein ETH-Logo, das aus 2800 OLED-Nanopixeln besteht und in etwa die Größe einer menschlichen Zelle erreicht.

Darüber hinaus eröffnen sich Perspektiven in der Mikroskopie: Nano-Pixel-Felder könnten als Lichtquelle genutzt werden, um kleinste Probenbereiche gezielt zu beleuchten. Einzelbilder ließen sich anschließend zu einem hochaufgelösten Gesamtbild zusammensetzen. Denkbar sind auch Anwendungen in der Biotechnologie, beispielsweise als Sensoren zur Messung neuronaler Signale auf Zellebene.

Wie funktionieren die optischen Effekte bei Nano-OLED?

Durch die Miniaturisierung auf eine Dimension unterhalb der Wellenlänge des Lichts treten neue physikalische Effekte auf. Lichtwellen benachbarter Pixel können miteinander in Wechselwirkung treten. Das ermöglicht die gezielte Steuerung von Lichtausbreitung, Polarisation und Richtung. Das Prinzip erinnert an überlagerte Wasserwellen, die geometrische Interferenzmuster erzeugen.

Diese Interferenzeffekte lassen sich nutzen, um Licht nur in bestimmten Winkeln abzustrahlen – ein Ansatz, der die Entwicklung von Phased-Array-Optiken auf optischer Skala ermöglicht. Damit wird ein gezieltes Lenken und Fokussieren von Licht analog zu modernen Radartechnologien denkbar.

Warum ist die Integration in bestehende Technik wichtig?

Die von der ETH entwickelte Methode lässt sich in bestehende Lithografieverfahren der Halbleitertechnik integrieren. Im Gegensatz zu bisherigen OLED-Fertigungsverfahren, die auf das nachträgliche Aufdampfen von Materialien und den Einsatz dicker Metallmasken setzen, erlaubt die neue Technik präzise und skalierbare Strukturen im Nanobereich.

Dies vereinfacht nicht nur die industrielle Produktion, sondern verbessert auch die Effizienz bei der Weiterentwicklung integrierter optischer Systeme. Die Übertragbarkeit auf etablierte Produktionsmethoden ist ein entscheidender Schritt hin zur kommerziellen Nutzung der Technologie.

Welche Perspektiven eröffnet die Technologie?

Die nächste Entwicklungsstufe besteht in der gezielten Ansteuerung einzelner OLED-Nanopixel. Dies ist Voraussetzung für dynamische Lichtsteuerung in Echtzeit und für komplexe Anwendungen wie die Meta-Pixel-Technologie. Durch die Kopplung mehrerer wechselwirkender OLED könnten neue Lichtquellen mit definierter Raumstruktur entstehen.

Langfristig wären damit holographische 3D-Projektionen möglich, bei denen Lichtinformationen dreidimensional im Raum verteilt werden. Der Ansatz geht über klassische Displaytechnik hinaus und eröffnet neue Konzepte für Visualisierung, Kommunikation und Sensortechnik – mit potenziellen Anwendungen in der Medizin, Informationsverarbeitung und Datenübertragung.