13. Juni 2010, Neue Zürcher Zeitung / NZZexecutive

OLED – der lange Weg zum Produkt

Errungenschaften der Technik

Unter UV-Licht: Phosphoreszierende organische Leuchtdioden. (Bild: PD)

Daniel Meierhans

Der Weg zum marktfähigen Produkt ist meist länger, als uns dies die Wachstumsprognosen der Trendscouts und Investmentberater bei der Vorstellung der ersten Technologieprototypen glauben machen. So kommen jetzt auch die OLED (Organic Light Emitting Diode) mit einiger Verzögerung und erst in einzelnen Marktsegmenten zu uns Endverbrauchern. Vor allem hochpreisige Smartphones profitieren von der merklich besseren Bildschirmqualität.

Die Licht aussendenden, organischen Moleküle ermöglichen einen Bildaufbau in Mikrosekunden, einen grossen Kontrast, weitere Blickwinkel, brillante Farben und einen kleineren Energieverbrauch. Ihre grössten Zukunftsversprechen sind biegbare und transparente Displays oder Lichtquellen.

Schrittweise Durchsetzung

«Die OLED müssen sich nun Schritt für Schritt in den einzelnen Anwendungen gegen etablierte Technologien wie LCD – Liquid Cristal Display – im Bildschirmbereich oder Leuchtstofflampen und chipbasierte Leuchtdioden bei der Beleuchtung durchsetzen», so Giovanni Nisato, Leiter der Polymer Optoelectronics beim Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique, dem vom Bund unterstützten Forschungs- und Entwicklungsunternehmen. Dabei sind für jedes Produkt massgeschneiderte Optimierungen in allen Bereichen von den lichtemittierenden Molekülen über die Schichtung und Verpackung der Module bis zu den Herstellungsprozessen notwendig.

Entdeckt wurde die Leuchtfähigkeit gewisser Kunststoffe 1953 durch den französischen Chemiker André Bernanose. Er beobachtete, wie eine mit organischen Farbstoffen beschichtete Cellophanfolie in einem starken elektrischen Feld aufleuchtete. Bernanose postulierte, dass das Licht direkt beim Rückfall der elektrisch angeregten Elektronen in ihren energetischen Grundzustand ausgesendet wird. In den 1960er Jahren konnte Martin Pope von der New York University anhand von Anthracenkristallen zeigen, dass die Elektrolumineszenz nicht direkt, sondern indirekt bei der Rekombination der Elektronen mit «Zustandslöchern» im Farbstoff entsteht.

Den Durchbruch von der wissenschaftlichen Forschung zur industriellen Entwicklung leitete Chin Tang 1979 in den Labors von Eastman-Kodak ein. Bei Arbeiten an Solarzellen bemerkte er ein strominduziertes Leuchten einer organischen Komponente. 1987 präsentierte er die erste, von ihm so benannte OLED im heutigen Sinn; mit zwei getrennten Schichten für die Induktion der Löcher und der Elektronen. Die Rekombination und damit die Lichterzeugung findet an der Grenze statt.

Lichtausbeute erhöht

Seit Ende der 1980er Jahre läuft die Entwicklung nun auf Hochtouren. Aufbauend auf die im Jahr 2000 mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Entdeckung von leitfähigen Polymeren, wurden Polymer-Leuchtstoffe entwickelt. Deren Farbeigenschaften und Stabilität lassen sich im Vergleich mit den kleinmolekularen Verbindungen der ersten Generation über Seitenketten und funktionale Gruppen gezielter beeinflussen. Die Lichtausbeute konnte durch phosphoreszierende Farbstoffe auf bis zu 90 Prozent erhöht werden. Nur Blau, die energiereichste Farbe der in Bildschirmen üblichen Rot-Grün-Blau-Darstellung, kann nach wie vor nur mit der wesentlich weniger effizienten Fluoreszenz erzeugt werden.

Komponenten müssen passen

Die Farbstoffe sind allerdings nur eine Komponente eines OLED-Geräts. Für hochauflösende Displays müssen beispielsweise die Bildelemente wie beim LCD über eine Rückwandplatine aktiv angesteuert werden. Noch sind diese für den grossflächigen Einsatz prohibitiv teuer. Der grösste derzeit käufliche Fernseher hat denn auch eine bescheidene Diagonale von 15 Zoll.

Für biegbare Anwendungen muss die Rückwandplatine genau so flexibel sein wie die Leuchtschichten. Zudem müssen die emittierenden Moleküle sicher vor Luft und Wasser geschützt werden. Ein kleinster Defekt führt zu wachsenden Punktfehlern. In Prototypen hat man diese Herausforderungen inzwischen gelöst, wie Sony Ende Mai mit einem aufrollbaren 4-Zoll-Bildschirm, bei dem auch die Rückwandplatine aus organischen Komponenten aufgebaut ist, gezeigt hat. Aber die bezahlbare Massenproduktion ist eine ganz andere Geschichte, wie Nisato aus seiner Forschungserfahrung weiss.

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