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Displays aus organischen Leuchtdioden oder OLEDs werden zunehmend in mobilen elektronischen Geräten eingesetzt. Doch die verwendeten organischen Substanzen sind oft chemisch unvereinbar mit den gängigen photolithographischen Techniken. Auf der Suche nach schnellen und preiswerten Verfahren zur Herstellung großflächiger und vielfarbiger OLED-Arrays mit möglichst kleinen Pixeln haben Forscher von der University of Michigan in Ann Arbor jetzt eine neue Mikroprinting-Technik entwickelt. Mit ihr könnte man Anordnungen aus 40 µm breiten farbigen OLEDs produzieren.

Gregory McGraw und Stephen Forrest stellten die aus elektrophosphoreszierenden organischen Molekülen bestehenden PHOLEDs durch Gasphasenstrahldruck oder OVJP (Organic Vapor Jet Printing) auf einer mit elektrischen Kontakten versehenen Siliziumunterlage her. Bei dem von Forrest und seinen Kollegen entwickelten Verfahren wird das organische Material verdampft, von einem Strom aus heißem und chemisch trägem Gas wie Helium oder Stickstoff mitgerissen, und schließlich durch eine Düse auf die Unterlage gesprüht, wo es sich abscheidet.

Die Forscher fertigten verschiedene beheizbare Druckköpfe, die mit zahlreichen nebeneinanderliegenden Düsen bestückt waren. Solch eine Düse war etwa 200 µm lang und 15 µm breit. Mit einem Druckkopf ließen sich viele rote und grüne OLED-Segmente gleichzeitig herstellen. Für die grünen Segmente wurde die organische Grundsubstanz CBP (4,4′-Bis(N-Carbazolyl)-1,1′-Biphenyl) mit Irppy3 (Tris(2-Phenylpyridinato) Iridium(III)) dotiert, für die roten Segmente wurde ihr der Farbstoff RD-15 beigemischt.

Ein solcher Druckkopf wurde im Vakuum in zirka 20 µm Höhe über der Unterlage gehalten. Während das dotierte organische Gas aus den Düsen austrat, wurde die gekühlte Unterlage mit hoher Präzision automatisch in Längsrichtung des Druckkopfs bewegt. Auf diese Weise entstanden auf der Unterlage nebeneinanderliegende rote und grüne OLEDs in Form von parallelen Streifen. Diese Streifen waren etwa 30 nm dick und 100 µm breit.

Damit sich die Farben nicht vermischten, musste zwischen den Streifen ein Abstand von etwa 100 µm liegen. Geringere Abstände ließen sich dadurch erzielen, dass der Druckkopf auf etwa 10 µm an die Unterlage herangebracht und zudem Schutzbarrieren zwischen den Streifen errichtet wurden. Anordnungen aus isolierten roten und grünen Pixeln könnte man herstellen, indem man mit geeignet geformten Düsen das organische Material gezielt an den gewünschten Stellen auf die Unterlage aufsprüht.

Von den Forschern durchgeführte Simulationen zeigen, dass sich mit ihrem OVJP-Verfahren 40 µm breite OLEDs im Abstand von 50 µm herstellen ließen. Drei solcher „Subpixel“ in den Farben rot, grün und blau würden dann zu einem Farbpixel zusammengefasst. Auf diese Weise ließen sich großflächige Farbdisplays mit einem Pixelabstand von 150 µm schnell und kostengünstig herstellen.

Rainer Scharf

OD