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C&M-2-2013 > OLEDs auf dem Vormarsch – Herausforderungen und Visionen

OLEDs auf dem Vormarsch – Herausforderungen und Visionen

Von Kalmaren & Glühbirnen lernen

Als im letzten Jahr durch ein EU-weites Verbot der Verkauf von Glühbirnen unter­sagt wurde, war die Ära der von Thomas Alva Edison im 19. Jahrhundert erfundenen Leuchtmittel zu Ende. Ein neues Zeitalter, in dem verschiedene Leuchtmittel um die Vorherrschaft kämpfen, ist angebrochen. Eine Technologie, die zusätzlich das Potenzial besitzt, die Display-Welt zu verändern, basiert auf organisches Licht emittierenden Dioden, den so genannten OLEDs.

OLEDs sind eine besondere Form von LEDs (light emitting diods), bei denen die Diodenbestandteile aus organischen Schichten bestehen. Schon 1907 wurde zum ersten Mal darüber berichtet, dass anorganische Substanzen durch Anlegen einer Spannung zum Leuchten angeregt werden. Durch spätere Erkenntnisse in der Halb­leiterphysik konnten die Leuchterscheinungen darauf zurückgeführt werden, dass durch die Rekombination von Festkörperdefekten Energie in Form von elektro­magnetischer Strahlung ausgesandt wird. Dass auch organische Stoffe die Fähigkeit haben, bei entsprechender Anregung Licht auszusenden, ist von Lebewesen wie Kalmaren oder Glühwürmchen bekannt.

Elektronen und Löscher rekombinieren

In heute eingesetzten LEDs wird die Lichterscheinung dadurch realisiert, dass bei einem p-n-Übergang Elektronen und Löscher rekombinieren. Ein solcher Übergang besteht aus zwei verschiedenen Halbleiterschichten, in den durch Dotierstoffe ein Elektronenüberschuss (n-Dotierung) bzw. Elektronenmangel (P-Dotierung) eingestellt wird. Ein Mangel an Elektronen wird auch durch das Vorhandensein von theoretisch positiv geladenen Löchern beschrieben. Abbildung 1 zeigt den schematischen Aufbau einer OLED. Durch die Rekombination der beiden Ladungsträger wird Energie in elektromagnetischer Form freigesetzt.


Abb.1 Schematische Darstellung einer OLED – 1: Kathode; 2: Emissionsschicht; 3: Emission der Strahlung; 4: Transportschicht, 5: Anode
Quelle: Wikipedia

Großflächige Leuchtmittel und brillante Farbdisplays

Mithilfe dieser Technologie erhofft man sich, zukünftig energiesparende und großflächige Beleuchtungen sowie neue große Displays produzieren zu können. Aktuell existiert die Technik bereits in vielen kleinen Displays tragbarer Geräte. Eines der größten Displays weltweit steht mit 9m2 in Materials Research Center der Merck KGaA in Darmstadt (Abb. 2). Solche Produkte sind jedoch noch nicht reif für die Serienproduktion, denn das Aufbringen der organischen Schichten ist nur unter ­Vakuum möglich. Röhrenfernseher sind längst von der Bildfläche verschwunden, um die mittlerweile etablierten Plasma- bzw. LCD Fernseher jedoch zu verdrängen, müssen noch einige Herausforderungen gemeistert werden (siehe Infobox).


Abb.2 Mit 9qm einer der größten OLED-Displays der Welt, zu sehen im Materialforschungszentrum der Merck KGaA in Darmstadt
Foto: Merck

Aufrollbare Displays und druckfähige Materialien

Im Vergleich zu LCD-Displays, bei denen Flüssigkristalle dafür sorgen, das Licht einer Hintergrundbeleuchtung zu transferieren oder zu blockieren, leuchten die Pixel eines LED-basierten Displays von selbst. Die erhöhte Temperatur und der Energieaufwand der Hintergrundbeleuchtung werden damit eliminiert. Ein zusätzlicher Vorteil, der speziell durch den Einsatz der organischen Substanzen ins Spiel kommt, ist die theoretische Flexibilität. Beispielsweise können die organischen Materialien über ein kostengünstiges Druckverfahren aufgebracht werden. Für die Zukunft erhofft man sich roll- oder faltbare Displays. Jedoch sind die limitierenden Faktoren momentan noch die unflexiblen Elektroden, die meist aus sprödem ITO bestehen.

Interaktive Datenbrille als Beitrag zur „Augmented Reality“

Eine weitere zukünftige Anwendung von OLEDs wurde kürzlich präsentiert. Im März erhielt die am Fraunhofer COMEDD entwickelte interaktive OLED-Datenbrille auf der CEBIT 2013 den Innovationspreis-IT in der Kategorie Hardware. Hier können Informationen auf der Brille eingeblendet werden, während das Blickumfeld weiterhin wahrgenommen wird. Da auch die Steuerung des Bildschirms mit den Augen vorgenommen werden kann, ohne eine Maus oder Ähnliches zu benutzten, bietet sich hier die Möglichkeit, Informationen aufzunehmen und gleichzeitig die Hände für etwaige Arbeiten frei zu haben. Beispielsweise könnte ein Arzt während einer OP alle lebenswichtigen Funktionen dauerhaft im Blick haben.


Abb.3 OLED-Datenbrille für „Augmented Reality“ mit Augensteuerung
Quelle: Fraunhofer COMEDD

Fazit und Ausblick

Experten schätzen, dass durch den Einsatz von LEDs und OLEDs im Vergleich zu aktuellen Beleuchtungstechnologien über 640 Mio. Tonnen CO2 pro Jahr eingespart werden können. Die Einsparungen und die Visionen über zukünftige Anwendungen werden diese Technologie vorantreiben. Die Geschwindigkeit, mit der die Herausforderungen der Forschung (siehe Infobox) gemeistert wird, entscheidet, wann die Technologie im Wohnzimmer zu finden sein wird. Das Material muss zum Produkt werden und hierbei spielt die Entwicklung von Fertigung und Prozesstechnik eine entscheidende Rolle.

LH

Foto: © panthermedia.net, TONO BALAGUER

Stichwörter:
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C&M 2 / 2013

Diese Artikel wurden veröffentlicht in Ausgabe C&M 2 / 2013.
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