OLED - Organic Light Emitting Device

Die OLED ist ein neuartiges lichterzeugendes Halbleiterbauelement, das hauptsächlich für Displays verwendet wird. Im Gegensatz zu LCD- und Plasma-Displays werden OLEDS nicht beidseitig in Glasscheiben eingefasst und brauchen auch keine Hintergrundbeleuchtung. Die Leuchtschicht ist ein Selbstleuchter. Das Licht entsteht direkt auf der sehr dünnen organischen Leuchtschicht. Das reduziert die Leistungsaufnahme und ermöglicht längere Akkulaufzeiten bei Mobilgeräten.
OLEDs sind Flächenstrahler. Die Darstellung ist rundherum brillant und scharf. Die organische Leuchtschicht ist sehr dünn und kann auf biegsame Substrate aufgedruckt werden. Das erlaubt sehr viele Gestaltungsmöglichkeiten. Man stellt sich heute schon edle Oberflächen vor, die aus einem OLED-Überzug bestehen.

Weitere Vorteile

  • Hohe Helligkeit und Kontrast und deshalb auch bei Tageslicht ablesbar.
  • Die Farbwiedergabe ist unabhängig vom Blickwinkel.
  • Die Schaltgeschwindigkeit der OLED liegt unterhalb der Reaktionszeit von Röhrenbildschirmen und dadurch auch unterhalb von üblichen LCD- und Plasma-Bildschirmen.
  • Material- und Herstellungskosten sind geringer, als bei anderen Flachbildschirmen.

Alle diese Vorteile konnten bisher in der Praxis nicht in massentaugliche Produkte umgesetzt werden. Zwar werden für Displays schon OLEDs vorgesehen und eingesetzt. Doch ist deren Anteil nicht besonders hoch und auf wenige Anwendungen beschränkt. Bisher weisen OLEDs einige Nachteile auf, wegen denen sie nicht als Ersatz etablierter Display-Techniken eingesetzt werden können.

Aufbau

Die OLED besteht aus mehreren sehr dünnen organischen Schichten. Sie verhält sich wie eine normale Diode. Ohne angelegte Spannung fließen nur sehr kleine Sperrströme. Ab einer Schwellenspannung von 2 bis 3 Volt wird die OLED stromdurchlässig. Der Strom steigt dabei sehr schnell an.
Wird eine Spannung an die OLED angeschlossen, dann wandern negative Ladungsträger (Elektronen) von der Kathode und positive Ladungsträger (Löcher) von der Anode in die organische Schicht. Dort rekombinieren die Elektronen und Löcher. Dabei entsteht Energie. Ein Teil davon wird als Lichtphotonen ausgesendet. Die Anzahl der emittierenden Photonen und damit die Leuchtdichte steigt proportional mit der Anzahl der Ladungsträger. Mit der Steuerung des Stromflusses lässt sich also auch die Leuchtkraft steuern. Unabhängig von der Farbe werden so die Graustufen in der OLED gesteuert.

Materialien

  • kleine Moleküle in der lichtemittierenden Schicht (Small Molecule Organic Light Emitting Device, SMOLED)
  • langkettige Polymere (PLED)

SMOLED - Small-Molecule-OLED

Für die Entwicklung der SMOLEDs ist Kodak verantwortlich. Bei der Herstellung werden die Schichten im Vakuum aufgedampft und mit Schattenmasken strukturiert. Der Produktionsprozess ist sehr aufwendig.
Small-Molecule-OLEDs weisen eine sehr gute Bildqualität, lange Lebensdauer und hohe Effizienz auf.

PLED - Polymer-LED

Die Polymer-LEDs wurden von Cambridge Display Technology (CDT) entwickelt. Bei der Herstellung werden die Schichten im Tintendruckverfahren kostengünstig aufgebracht.

Lebensdauer

Die Lebensdauer und die Effizienz der OLEDs hängen eng beieinander. Je heller ein OLED-Display leuchtet, desto kürzer ist seine Lebenszeit. Dabei geht das OLED nicht kaputt, sondern wird mit der Zeit dunkler. Dabei gibt es noch Unterschiede bei den Farben. So leuchten die grünen OLED-Bildpunkte am hellsten und die blauen am schwächsten. Die roten OLED-Bildpunkte haben die größte Lebensdauer, dafür altern die blauen Bildpunkte am schnellsten. Um die Lebensdauer und die Helligkeit zu kompensieren, werden die Bildpunkte unterschiedlich hergestellt. Blaue Bildpunkte nehmen mehr Platz ein. Dadurch müssen sie weniger hell leuchten und die Lebensdauer wird verlängert.
Um die Lebensdauer generell zu verlängern wird bei den Inhalten eine Negativ-Darstellung angestrebt. Das bedeutet weiße bzw. helle Schrift auf schwarzem Grund. Bei Displays, die Videos darstellen sollen, ist das nicht möglich.
Da die Nutzung nicht immer vorhersagbar ist und dadurch die Bildpunkte unterschiedlich stark abgenutzt werden, treten mit der Zeit Farbverfälschungen auf. Bei einfachen Displays, die nur wenige Farben darstellen müssen, fällt das nicht auf. Doch bei größeren Displays wirkt sich das viel stärker aus. Deshalb werden große OLEDs in der Regel mit weiß leuchtenden Bildpunkten und Farbfiltern hergestellt. Die Bildpunkte sorgen für die Helligkeit/Graustufen und die Farbfilter für die dargestellten Farben.

Ist die OLED die Zukunft von Licht und Display?

Die Möglichkeiten der OLED sind bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Deshalb ist man momentan in der Forschung noch bestrebt die Lebensdauer und die Lichtausbeute der organischen Leuchtstoffe zu verbessern.
Doch die Fortschritte bei der Entwicklung der OLED sind deutlich langsamer als vorausgesagt. Neue OLED-Materialien sind dringend notwendig, weil die Haltbarkeit der bisher verwendeten Materialien eher mangelhaft ist. Vor allem die Farbe Blau ist äußerst unbeständig. Zwar lässt die Technik hoffen, denn die Energie-Effizienz ist enorm. Aber auch nur bei farbigen Flächen. Insgesamt ist die Haltbarkeit und der Stromverbrauch bei weißen Flächen noch nicht gut genug.
OLEDs vereinfachen die Fertigung. So ist es bei bestimmten Molekülen möglich, die Flächen mit einer Art Tintenstrahl-Drucktechnik aufzubringen. Völlig neue Beleuchtungskonzepte sind möglich. Allerdings ist diese Technik noch nicht ausgereift, weil manche Materialien ihre Leuchtkraft zu schnell verlieren. Diese Art der Herstellung würde sehr dünne Bauweisen ermöglichen. Minimale Dicken ermöglichen neue Trägermaterialien und biegsame Displays. Ebenso sind transparente Displays möglich.

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