OLED-Fortschritt: Forschungsteam kreiert das kleinste Pixel der Welt

Displays werden immer schärfer, kompakter und energieeffizienter – doch die physikalischen Grenzen der Miniaturisierung sind längst in Sichtweite. Wie klein kann ein einzelner Bildpunkt überhaupt werden, bevor er aufhört zu leuchten? Ein Forschungsteam der Universität Würzburg hat darauf nun eine beeindruckende Antwort gefunden: Es gelang ihm, OLED-Pixel auf eine Größe von nur wenigen hundert Nanometern zu schrumpfen. Damit setzen die Physiker:innen neue Maßstäbe in der Nanophotonik und eröffnen Perspektiven für hochauflösende Mikrosysteme, die weit über klassische Bildschirme hinausreichen könnten.

Ultrakleine Pixel dank Gold-Nanoantenne

Bei herkömmlichen OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) erfolgt Lichtemission in organischen Schichten, die zwischen Elektroden eingebettet sind. Durch Anlegen einer Spannung rekombinieren Elektronen und „Löcher“ in der aktiven Schicht und setzen Photonen frei. Diese Technologie ermöglicht selbstleuchtende Bildpunkte und entfällt damit auf eine Hintergrundbeleuchtung – was Vorteile wie hohen Kontrast und flexible Bauformen mit sich bringt. Die Herausforderung beim Herunterskalieren der Pixelgröße liegt jedoch nicht nur in der Lithografie: Sobald die Dimensionen in den Bereich der Lichtwellenlänge gelangen, treten ungewohnte Effekte auf. So berichten die Forschenden um Bert Hecht und Jens Pflaum von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg, dass „die scharfen Kanten und Ecken der Nanoelektroden intensive elektrische Felder erzeugen“ – was zu ungleichmäßiger Stromverteilung, Filamentbildung und schließlich Kurzschlüssen führen kann.

Um dem entgegenzuwirken, integrierte das Team eine Gold-Nanoantenne mit einer 300×300 Nanometer großen Fläche zur Stromzufuhr und Lichtabgabe. Gleichzeitig wurde eine isolierende Schicht so ausgeführt, dass nur ein kreisförmiges Fenster von etwa 200 Nanometern Durchmesser den aktiven Bereich freigibt. Diese Kombination erlaubte eine stabile Funktion bei bislang unerreichter Miniaturisierung. „Wir haben ein Pixel realisiert, das genauso hell wie ein herkömmliches OLED-Pixel mit Abmessungen von fünf mal fünf Mikrometer ist“, erklärt Hecht dazu.

Höhere Effizienz bei maximaler Miniaturisierung

Die Herstellung eines solchen Nanopixels bedeutet, dass sich eine Voll-HD-Auflösung (1920×1080 Pixel) auf eine Fläche von etwa einem Quadratmillimeter unterbringen ließe – eine Größenordnung, die laut den Forschenden „in die Bügel einer Brille integriert werden“ könnte. Aus technologischer Sicht erweitert diese Entwicklung das Einsatzfeld von OLEDs erheblich: Bisherige Geräte stießen bei starkem Downsizing an ihre Grenzen, etwa in Augmented-Reality (AR) oder Virtual-Reality (VR)-Wearables, wo kompakte Lichtquellen mit hoher Auflösung benötigt werden. Dank der neuen Nanostruktur könnte beispielsweise in Brillen oder sogar Kontaktlinsen eine Bildprojektion mit erheblicher Pixeldichte möglich werden.

Gleichzeitig bleibt herausfordernd die Effizienz: Der aktuelle Prototyp erreicht eine äußere Quanteneffizienz von rund einem Prozent, was im Vergleich zu Standard-OLEDs noch niedrig ist. Das Team kündigt an, künftig die Effizienz zu steigern und das Farbspektrum über das bisher verwendete orangefarbene Licht hinaus auf Rot, Grün und Blau auszuweiten.

Noch lange nicht bereit für die Marktreife

Obgleich der Miniaturisierungserfolg beachtlich ist, steht die Technologie noch nicht unmittelbar vor der Marktreife. Eine wichtige Limitation bleibt die bisher geringe Effizienz, was sich auf Energieverbrauch, Helligkeit und Lebensdauer auswirkt. Ebenso ist die Farbausdehnung von einem einzigen Bereich (orange) auf das vollständige Spektrum noch nicht umgesetzt – volle Farbbildschirme sind damit derzeit noch Zukunftsmusik. Darüber hinaus muss die Zuverlässigkeit über längere Betriebszeiten und unter realen Bedingungen gezeigt werden. Obwohl erste Nanopixel unter normalen Raumbedingungen zwei Wochen stabil betrieben wurden, ist die Langzeitstabilität noch nicht industriell bewiesen.

Hinsichtlich Anwendung bleibt die Frage, wie sich solche Nanopixel in großflächige Displays, flexible Substrate oder preisgünstige Produktionstechnologien integrieren lassen. Miniaturisierung ist stets mit aufwändigen Fertigungsprozessen verbunden und stellt damit auch wirtschaftliche Herausforderungen dar. Nicht zuletzt eröffnet die Nanodimensionierung jedoch spannende Perspektiven: jenseits klassischer Bildschirme könnten lichtemittierende Nanostrukturen in Sensorik, Medizintechnik oder integrierten Chip-Systemen eingesetzt werden – etwa als ultradünne Lichtquellen oder direkt in Elektronikkomponenten.

Dieser Schritt bedeutet zwar nicht den sofortigen Durchbruch für die Technologie, er stellt aber die Weichen: Die Erforschung von Nanopixeln mit individuell steuerbaren Einheiten markiert eine fundamentale Erweiterung von OLED-Technologie und Displayinnovation. Sollte die Effizienz- und Farbproblematik erfolgreich adressiert werden, könnten Geräte mit bislang ungeahnter Miniaturisierung und Auflösung denkbar werden.

via Universität Würzburg