Forscher entwickeln winzige OLEDs mit Fotolithografie wie bei der Chipherstellung

Forscher der ETH Zürich haben eine neue Klasse lichtemittierender organischer Materialien entwickelt, die sich mittels Fotolithografie verarbeiten lassen – einer grundlegenden Technik der Chipherstellung, mit der sich mikroskopisch kleine Strukturen auf Halbleiterwafern erzeugen lassen. Der Durchbruch könnte langfristig extrem kleine, hochauflösende OLED-Displays für AR-Brillen, Kamerasucher, Sensoren und biomedizinische Geräte ermöglichen.

OLEDs eignen sich besonders gut für sehr kleine Displays, da ihre organischen Leuchtstoffe auch bei winzigen Abmessungen ihre Leuchtkraft behalten. Die Herausforderung bestand bislang darin, solche Strukturen mit ausreichender Präzision herzustellen. Die Fotolithografie, die auch bei der Herstellung von Halbleiterchips zum Einsatz kommt, könnte dieses Problem lösen. Bei herkömmlichen Verfahren kommen jedoch Lösungsmittel und Chemikalien zum Einsatz, die empfindliche organische Moleküle in konventionellen OLED-Materialien zersetzen können.

Das Team der ETH Zürich löste dieses Problem durch die Entwicklung lumineszierender Polymere, die gleichzeitig als Fotolacke fungieren und den aggressiven Chemikalien während der Lithografie standhalten. Das Material weist eine Kern-Schale-Struktur auf: Ein lichtemittierendes Molekül ist im Inneren geschützt, während reaktive Gruppen an der Außenseite positioniert sind. Unter UV-Licht vernetzen sich diese Gruppen, wodurch die belichteten Bereiche unlöslich werden und sich das Material in feine Strukturen überführen lässt – ähnlich wie bei herkömmlichen Fotolacken in der Halbleiterfertigung.

Um die Technologie zu demonstrieren, erstellten die Forscher ein mehrfarbiges Bild eines Aras mit einer Größe von nur 300 × 430 Mikrometern und einer Auflösung von 250 × 350 Pixeln. Dabei handelt es sich nicht um ein funktionierendes Display: Die Pixel leuchten unter externer Beleuchtung, anstatt selbst elektrisch Licht zu erzeugen. Nach Angaben der Forscher ist dies das bislang hochauflösendste mehrfarbige Fluoreszenzbild, das mithilfe von Fotolithografie hergestellt wurde.

In einem separaten Experiment demonstrierte das Team zudem elektrisch betriebene Leuchtdioden und erzeugte damit ein leuchtendes ETH-Logo mit den Maßen 1 × 2,4 mm. Als nächsten Schritt wollen die Forscher die Pixelgröße weiter verringern. Allerdings muss zunächst eine Elektronik entwickelt werden, mit der sich einzelne Pixel unabhängig voneinander ansteuern lassen, bevor die Technologie zu einem funktionsfähigen Display weiterentwickelt werden kann.

Die Forscher sehen Anwendungsmöglichkeiten, die über Miniaturdisplays für AR-Brillen und elektronische Sucher hinausgehen. Winzige, präzise gesteuerte Lichtquellen könnten künftig direkt auf Chips für die medizinische und biologische Forschung, die Mikroskopie und Sensoren integriert werden. So könnten sie beispielsweise einzelne biologische Zellen beleuchten oder Nervenzellen gezielt mit Licht stimulieren. Die Studie „Electroluminescent photoresists extending lithographic scaling to OLEDs“ wurde am 16. September 2026 in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.