Onderzoekers ontwikkelen ultrakleine OLED’s met UV-geprinte pixels, net als microchips

Onderzoekers van de ETH Zürich hebben een nieuwe klasse van lichtuitzendende organische materialen ontwikkeld die kunnen worden verwerkt met behulp van fotolithografie, de basistechniek voor de chipproductie die wordt gebruikt om microscopische structuren op halfgeleiderwafers te creëren. Deze doorbraak zou op termijn de weg kunnen vrijmaken voor uiterst kleine OLED-schermen met hoge resolutie voor AR-brillen, camerazoekers, sensoren en biomedische apparaten.

OLED’s zijn bijzonder geschikt voor zeer kleine schermen, omdat hun organische lichtgevende materialen zelfs bij minuscule afmetingen helder kunnen blijven. De uitdaging lag echter in het vervaardigen ervan met voldoende precisie. Fotolithografie, het proces dat wordt gebruikt voor de productie van halfgeleiderchips, zou dit probleem kunnen helpen oplossen, maar bij standaardmethoden worden oplosmiddelen en chemicaliën gebruikt die de gevoelige organische moleculen in conventionele OLED-materialen aantasten.

Het team van de ETH Zürich heeft dit probleem opgelost door lichtgevende polymeren te ontwikkelen die als fotoresist kunnen fungeren en tegelijkertijd bestand zijn tegen agressieve chemicaliën tijdens de lithografie. Het materiaal heeft een kern-schilstructuur: een lichtemitterend molecuul wordt aan de binnenkant beschermd, terwijl reactieve groepen aan de buitenkant zijn geplaatst. Onder ultraviolet licht gaan deze groepen een kruisbinding aan, waardoor de belichte gebieden onoplosbaar worden en het materiaal tot fijne structuren kan worden gepatroneerd, net zoals bij conventionele fotoresists die bij de halfgeleiderproductie worden gebruikt.

Om de technologie te demonstreren, creëerden de onderzoekers een veelkleurige afbeelding van een ara van slechts 300 × 430 micrometer, bestaande uit 250 × 350 pixels. De afbeelding is geen werkend scherm: de pixels fluoresceren wanneer ze van buitenaf worden belicht, in plaats van zelf elektrisch licht te produceren. Volgens de onderzoekers is dit het veelkleurige fluorescerende beeld met de hoogste resolutie dat tot nu toe met behulp van fotolithografie is geproduceerd.

Het team demonstreerde in een afzonderlijk experiment ook elektrisch aangedreven lichtdioden, waarmee een oplichtend ETH-logo van 1 × 2,4 mm werd gecreëerd. De volgende stap is het verder verkleinen van de pixelgrootte. De onderzoekers moeten echter nog elektronica ontwikkelen waarmee afzonderlijke pixels onafhankelijk van elkaar kunnen worden aangestuurd, voordat de technologie kan uitgroeien tot een functioneel beeldscherm.

De onderzoekers zien potentiële toepassingen die verder reiken dan miniatuurschermen voor AR-brillen en elektronische zoekers. Minuscule, nauwkeurig aan te sturen lichtbronnen zouden uiteindelijk rechtstreeks op chips kunnen worden geïntegreerd voor medisch en biologisch onderzoek, microscopie en sensoren. Zo zouden ze bijvoorbeeld afzonderlijke biologische cellen kunnen verlichten of zenuwcellen met licht kunnen stimuleren. Het onderzoek, getiteld „Electroluminescent photoresists extending lithographic scaling to OLEDs“, werd op 16 september 2026 gepubliceerd in Nature.