Transparente Leuchtschirme

Wissenschaftler der Technischen Universität Braunschweig haben ein organisches Display mit durchsichtigen Transistoren angesteuert. OLEDs sind zwar für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich durchlässig, doch durch herkömmliche Pixeltransistoren auf Siliziumbasis und deren Steuerleitungen aus dünnem Metall dringt kein sichtbares Licht. Ziel der Forscher war es deshalb, neben der organischen Leuchtschicht auch die gesamte Pixelelektronik durchsichtig zu machen. Gelungen ist ihnen dies mit Dünnschichttransistoren aus Indium-Zinn-Oxid, sämtliche Zuleitungen wurden ebenfalls aus dem leitfähigen Metalloxid gefertig.

In Aktiv-Matrix-OLEDs mit herkömmlicher Siliziumtechnik, wie sie auch in großen Flachbildschirmen zum Einsatz kommt, müssen die Pixeltransistoren neben der organischen Leuchtschicht platziert werden. Dies mindert die Lichtdurchlässigkeit des Gesamtsystems und erlaubt nur geringe Pixeldichten (dpi, dots per inch). Indem die Forscher das Silizium durch eine etwa 100 Nanometer dünne Metalloxidschicht ersetzten, konnten sie die organische Leuchtschicht direkt über der Ansteuerelektronik platzieren. Im Ergebnis erzielten sie nach eigenen Angaben eine Lichtdurchlässigkeit von mehr als 70 Prozent. Die Helligkeit eines OLED-Pixels soll dabei von 0 bis 700 cd/m² stufenlos regelbar sein.

Solche transparenten Displays sind für die Automobilindustrie interessant, denn man könnte mit ihnen wichtige Informationen direkt in die Windschutzscheibe einblenden. Dass sich deshalb auch das Militär für die transparenten OLEDs interessiert, liegt auf der Hand. Es ließen sich mit der transparenten Elektronik beispielsweise auch Solarzellen optimieren. Weil die leitenden Schichten so enorm dünn sind, könnte man zudem sehr große Flächen beschichten. Damit drängen sich bislang eher im SciFi angesiedelte Szenarien auf, bei denen etwa die Fernsterscheibe im Wohnzimmer abends zur Riesenmattscheibe umfunktioniert wird. Bis die Technik so weit fortgeschritten ist, dürften allerdings noch ein paar Jahre ins Land gehen. Die Entwickler rechnen frühestens in zwei Jahren mit ersten funktionsfähigen Prototypen transparenter OLEDs.

Die Braunschweiger Wissenschaftler sind indes nicht die einzigen, die an transparenten Transistoren forschen. Auch am Fraunhofer Institut für angewandte Polymerforschung (IAP) in Potsdam arbeitet man an transparenten Polymeranzeigen, bei denen die organischen Leuchtschichten über dünne Metalloxide mit Strom versorgt werden.

Bereits 2004 präsentierten Wissenschafter der Oregon Universität in einem gemeinsam mit Hewlett-Packard betriebenen Forschungsprojekt durchsichtige Elektronik auf Basis von Zinkoxid. Die transparenten Metalloxid-Transistoren wurden bei Temperaturen von 300 bis 600 Grad Celsius auf das Trägermaterial aus Glas aufgesputtert und erreichten eine Elektronenmobilität von 50 cm²/Vs. In nachfolgenden Entwicklungen konnte die Prozesstemperatur zur Herstellung der amorphen Zink-Zinn-Oxid-Verbindung auf unter 100 Grad Celsius gesenkt werden. Dabei sank zwar auch die Ladungsträgermobilität auf etwa 8 cm2/Vs, doch dafür konnte die Schaltung nun auf ein Trägermaterial aus Plastik aufgebracht werden. Zum Vergleich: Die Ladungsträgermobilität in amorphem Silizium für TFTs (Thin Film Transistor) in LCD-Monitoren oder Solarzellen liegt bei unter 2 cm²/Vs, die von polykristallinem Silizium für Mikrodisplays beträgt 100 bis 200 cm²/Vs. Die Beweglichkeit in Dünnfilmtransistoren aus organischem Material liegt etwas über der von amorphem Silizium, doch organische TFTs sind chemisch und thermisch deutlicher instabiler als elektronische Schaltungen aus Silizium oder Metalloxid.

An den so genannten amorphen Oxiden arbeiten seit geraumer Zeit auch Wissenschaftler des Institut für Technologie in Tokio: Sie nutzten Indium-Gallium-Zink-Oxid als leitendes Material und konnten die Transistoren sogar bei Raumtemperatur aufbringen. Die Elektronenmobilität des n-Typ-Halbleiters lag nach Angaben der Forscher bei 6 bis 10 cm²/Vs. Allerdings ist das bis Temperaturen von 120 Grad stabile Zinkoxid durch die Beimischung von Gallium teuer. (uk)