电子束微缩成像技术：可用于生产高分辨率全彩色OLED显示器

OLED微显示器越来越多地用在可穿戴设备和电子眼镜上。为了满足这些应用对显示器高效率、高对比度和高分辨率的要求，弗劳恩霍夫FEP研究所（Fraunhofer FEP）的科学家开发了一种新的成像方法，能够在硅衬底上制作新的OLEDs。这可能会在导致不再使用彩色过滤器和阴影遮罩，并且会开发出一种新的制作全彩色显示器的技术方案。

在首次实验中，显示器效率的提高和色域的扩大已经证明了这一方法的优点。

弗劳恩霍夫FEP研究所洁净室的探针台上有图案的有机发光二极管。图片来源：弗劳恩霍夫FEP研究所

智能手机用户平均每天观看88次显示器，这还没加上观看较小的智能手表或其他显示器的次数。显示器已经变得无处不在，并将很快成为不可替代的日常生活必需品。

如果你把注意力转向OLED微显示器领域，你将很快发现自己沉浸在以微显示器为核心，用来展示当前或未来场景的虚拟现实（VR）和增强现实（AR）的电子眼镜中。自从口袋妖怪火爆之后，每个人都知道AR的含义：把更多的可互动信息正快速融入现实世界。

除了工业4.0生产的程序和产品要使用OLED微显示器之外，医疗技术、电子娱乐、AR、VR特别是广告推广和教育培训领域也有要用到这种显示器。博物馆里依靠笨重的音频进行游客指南的时代可能很快就会结束。更不用说那些早就已经很成熟，并离不开显示器的解决方案，如平板电脑和智能手机。

轻量级头戴显示器可以通过人性化的电影场景、音频等与访问者互动，给浏览者带来更令人难忘的体验。

由于OLED的自发光特性及其良好的对比度会产生独特的视觉深度，所以制造商们越来越多地转向用OLED微显示器制作AR和VR设备。

弗劳恩霍夫FEP研究所多年来一直致力于发展这项先进的技术。尽管如此，想要充分发挥OLED技术的潜力，仍然需要攻克一些技术难题，才能给消费者提供先进的电子眼镜和其他AR/VR应用产品。研究人员还需要克服的一些技术难题包括较高的亮度和效率、高产率、曲面、集成视线追踪以及透明基板等。

目前，OLED技术面临着只能通过彩色滤光片或阴影掩模来实现全彩色显示的问题，这就限制了OLED的效率和分辨率。研究人员正在加紧研究能制作同时有高效率和长寿命的高分辨率微显示器的新技术方案。

因为传统的光刻方法不能用于有机半导体材料，所以有机发光二极管的有机层版型化是最大的挑战之一。两年前，弗劳恩霍夫FEP研究所成功地展示了电子束技术在微结构中的应用。

弗劳恩霍夫FEP研究所利用其已经获得专利授权的特殊处理技术方案，通过现有的封装层改变OLED的发射特性，以获得任何能够想象到的、设计需要的结构特征，甚至可以产生高分辨率的灰度图像。

现在，弗劳恩霍夫FEP研究所的电子束工艺已经发展到无需使用彩色滤光片或阴影掩膜，就能够制作全色OLED显示器。OLED本身的一个有机层被热电子束处理后，会产生红色、绿色和蓝色像素。这种处理模式将导致层堆栈的厚度发生变化，使得发射不同颜色的光束成为可能。

这是在不使用限制性滤色镜的情况下开发全彩色显示器的第一步，也是关键一步。

弗劳恩霍夫FEP研究所项目组的开发人员伊丽莎白·波登斯坦（Elisabeth Bodenstein）阐述了这中技术的优点：“即使是这些敏感的有机材料，通过我们的电子束工艺也可以在不损坏底层的情况下构建激发结构。”

可以通过模拟和初步估算电子束产生的空穴输运层 (LHT)厚度来获得电子束工艺的处理结果。研究人员实际上实现了从白色OLED中分离红色、绿色和蓝色。在弗劳恩霍夫FEP研究所的新技术理论得到验证之后，他们在一个测试基板上演示了这些颜色的变化，结果显示出产品具有优异的OLED性能。

这种新工艺除了可以用在OLEDs上以外，也可用于含有有机电子层和无机层混杂的其他应用上。此外，电子束版型图案制作工艺具有很强的适应性，也可应用于光伏、MEMS、薄膜技术等领域。

现在弗劳恩霍夫FEP研究所的科学家们正在攻克另一个技术难题，准备迎接下一个里程碑式的成果，他们已经完成了一些必要的准备工作。弗劳恩霍夫FEP研究所未来几年的主要目标是使用这种新方法与合作伙伴共同开发性能优异的OLED微显示器，并通过授权其他企业和研究所使用这项新的技术，加快这种技术在业界的推广速度。

目前为止，他们开发的产品功能在逐步细化，并通过与行业内感兴趣的伙伴合作来优化详细地制造流程。为了方便与工业伙伴进行更多的技术交流，弗劳恩霍夫FEP研究所下一步的计划是将微型版图成像模式整合到现有的工艺流程中。这加速了将理论的实验成果转移到现有的工艺生产线上，也方便以后在工业水平上推广这种技术。

与此同时，科学家们还计划从理论上强化OLEDs的性能。他能想通过适当地修改材料、改变各层的厚度，最终实现扩展OLED的色谱范围，以制作具有更广色域的显示器。新的制作工艺、更宽的色谱将打开OLED显示器在工业制造和医药等特殊领域的应用市场。

Fraunhofer-Gesellschaft项目资助了这项新技术的发展。目前，科学家们已经准备好与显示器、工厂、材料和系统制造商合作、对外项目联合等深入开发该技术。第一个彩色OLED的产品也将在弗劳恩霍夫FEP研究所的展位上公布。

文章来自NanoWerk，原文题目为Electron Beam Patterning for high-resolution full-color OLED displays，由材料科技在线汇总整理。