Durchbruch: Neue Generation organischer Leuchtdioden strahlt sehr viel heller
Ein technologischer Quantensprung: Heutige OLEDs können nur rund 20 Prozent des emittierten Lichts für die Display-Darstellung nutzen. Eine neue Generation liefert jetzt 100 Prozent Lichtausbeute. Zudem sind die neuen Dioden billiger.
Mikrodisplays sind kaum größer als das menschliche Auge. Ein neues günstiges Verfahren des Fraunhofer-Institut COMEDD in Dresden lässt sie jetzt deutlich heller strahlen.
Foto: Fraunhofer COMEDD
Heute OLED, vor zehn Jahren noch Röhren-TV: Die Entwicklung in der Unterhaltungselektronik geht rasant: Vor zehn Jahren konnte man im Elektromarkt zwar schon wahnsinnig flache, riesige Fernsehapparate der neuen Generation bestaunen. Doch die nur wenige Zentimeter tiefen Fernseher waren schon mal mit 8000 Euro ausgezeichnet. Otto Normalkonsument kaufte da noch brav einen dieser klobigen Röhrenapparate.
Das ist sehr lange her. Laut Statistischem Bundesamt stand schon 2011 in fast jedem zweiten Deutschen Haushalt ein Flachbildfernseher. Nun steht der nächste Technologieschritt an, die so genannten OLED-Displays. OLED steht für „Organic Light Emitting Diode“, also für eine organische Leuchtdiode. Das Ausgangsmaterial für OLEDs sind organische Halbleiter, die elektrisch angeregt, Licht aussenden.
Fernsehen auf dem T-Shirt oder auf dem Fenster möglich
„2008 haben erste Hersteller Displays vorgestellt, die weniger als einen Millimeter dünn sind“, berichtet Rigo Herold von der Dresdener Fraunhofer-Einrichtung COMEDD. Das Center for Organic Materials and Electronic Devices in Dresden widmet sich vor allem den organischen Leuchtdioden. „OLED leuchten von selbst und kommen im Gegensatz zu den heute gängigen Flüssigkristallbildschirmen ohne Hintergrundbeleuchtung aus. Dadurch wird es künftig möglich sein, sehr dünne und gleichzeitig flexibel biegbare Displays herzustellen“, glaubt Herold, der beim COMEDD für „IC- und System-Design“ zuständig ist. Bald also werden wir mit papierdünnen Displays auf dem T-Shirt rumrennen, werden unsere Vorhänge das Fernsehprogramm abspielen oder unsere Fenster mutieren zur Glotze. Strandbilder statt Regentristesse, so könnte also die Zukunft dank der OLED-Technologie aussehen.
Erster 55-Zoll-OLED-Fernseher vorgestellt
Kinderkrankheiten der neuen organischen Display-Technologie sind laut Rigo Herold vor allem die geringe Lebensdauer und der sehr hohe Anschaffungspreis. Großflächige OLED-Displays werden daher noch eine Weile als Exoten bestaunt werden. Anfang des Jahres zeigte das Südkoreanische Unternehmen LG auf der Elektronikmesse in Las Vegas den Prototypen eines 55-Zoll-Fernsehers mit OLED-Display. In Südkorea kann die Weltneuheit bereits vorbestellt werden. Die OLED-Sensation soll umgerechnet 10.400 Euro kosten. Das Display ist nur 4,3 Millimeter dick, für den guten Ton sorgen Folienlautsprecher. Noch in diesem Monat will LG die ersten ultraflachen Fernsehapparate ausliefern.
OLED’s gehört die Zukunft
Die Forscher vom COMEDD sind da eher in der anderen, in der sehr kleinen Displaygröße unterwegs. Sie sind der Überzeugung, dass den OLEDs die Zukunft der Lichterzeugung gehört. Derzeit werden rund 16 Prozent der weltweit erzeugten elektrischen Energie für Beleuchtung verwendet und der Bedarf an Licht steigt stetig weiter an. Da schlägt die Stunde der OLEDs. Denn sie können einen wichtigen Beitrag zum Energiesparen leisten.
Dazu kommt, dass diese OLEDs enorm vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten mit dem Medium Licht bieten. Die Beleuchtung kann zum Beispiel großflächig in die Raumarchitektur integriert werden. Es ist möglich, die Farben variieren zu lassen oder das Licht durch Berührungen zu steuern. Interessante Zeiten stehen uns also mit den OLEDs bevor, nicht nur als Fernsehdisplay.
Eine neuartige Datenbrille mit OLED-Mikrodisplay ermöglicht dem Nutzer nicht nur den Blick auf die reale Welt, sondern zeigt zeitgleich virtuelle Informationen an wie Reparaturanleitungen.
Quelle: Fraunhofer COMEDD
Eine interessante Anwendung der OLED-Technologie haben die Forscher um Rigo Herold im letzten Juni auf der weltweit wichtigsten Displaykonferenz der Society of Information Display (SID) in Boston präsentiert. Dort zeigten sie erstmals eine mit einem bidirektionalen OLED-Mikrodisplay ausgestattete Datenbrille und räumten mit dieser technischen Innovation gleich den „Best in Show Award“ ab. Dieser Preis wird jährlich zur Displaykonferenz für besonders neuartige und innovative Displayanwendungen verliehen.
Rigo Herold, Systemdesigner der Datenbrille ist stolz: „Ich freue mich sehr über diese Auszeichnung, die die Entwicklungsarbeit an den OLED-Mikrodisplays bis hin zu ganzen Datenbrillen würdigt. Von 175 nominierten Ausstellungsstücken wurden fünf Exponate ausgewählt. Wir stehen also in einer Reihe mit so renommierten Firmen wie LG, Samsung, Dimenco und Ocular LCD!“
Dank des bidirektionalen Mikrodisplays emittiert die COMEDD-Datenbrille nicht nur das Licht, sondern bringt gleichzeitig eine Kamerafunktion mit. Eine solche Brille ermöglicht dem Nutzer sowohl die Sicht auf die reale Welt, als auch gleichzeitig auf zusätzliche virtuelle Informationen. Solche Datenbrillen finden in Bereichen Anwendung, in denen freihändiges Arbeiten bei gleichzeitigem Informationsbedarf notwendig ist, zum Beispiel in der Medizin oder als Unterstützung bei Montagearbeiten.
Neue OLED-Generation strahlt sehr viel heller
Die Dresdner OLED-Forscher arbeiten daran, die OLED-Mikrodisplaytechnologie noch weiter zu verbessern und den recht hohen Herstellungspreis zu senken. „Organische Leuchtdioden zu produzieren ist nach wie vor sehr teuer. Die Technologie kommt momentan vor allem bei sehr kleinen Bildschirmgrößen von wenigen Quadratzentimetern zum Einsatz. Beispiele sind die ViewFinder von Digitalkameras oder – noch kleiner – von Handy-Beamern und Datenbrillen“, beschreibt Herold den aktuellen Stand der Technik. Jetzt ist den COMEDD- Forschern ein wichtiger Durchbruch gelungen, um die OLEDs preisgünstiger und gleichzeitig heller zu machen. Gemeinsam mit der Von Ardenne Antennentechnik GmbH haben sie eine Technologie entwickelt, bei der die Displays ohne Farbfilter auskommen.
Bisher waren diese Farbfilter nötig, da die roten, grünen und blauen Subpixel, die für eine Echtfarbendarstellung des Bildes notwendig sind, nicht direkt auf die Elektrode aufgetragen werden konnten. „Die Sub-pixel der kleinen Displays sind üblicherweise etwa 8 Quadratmikrometer groß. Die herkömmliche Technik ließ es jedoch nur zu, Einheiten von größer als 50 Quadratmikrometer zu bearbeiten“, beschreibt Herold die Herkulesaufgabe der Miniaturisierung.
Organischen Schichten Dampf gemacht
Mit einer speziellen Technologie des Partnerunternehmens Von Ardenne haben die Forscher diesen Quantensprung gemeistert. Der Trick: Sie lassen die organischen Schichten unter Wärmeeinfluss gezielt verdampfen. So ist es möglich, Flächen zu bearbeiten, die kleiner als 10 Quadratmikrometer sind. Dazu war es allerdings notwendig, den gesamten Fertigungsprozess für die OLED-Displays komplett neu zu konzipieren. „Es ist somit möglich, die roten, grünen und blauen Farbpixel direkt aufzubringen. Der Einsatz der Farbfilter ist nicht mehr nötig und es ist möglich, 100 Prozent des emittierten Lichts zu nutzen. Auch der Herstellungsprozess wird günstiger“, fasst Herold den Technologiesprung zusammen.
Und der ist ziemlich groß. Denn bisher unterdrückte der Farbfilter die Selbststrahlkraft der OLEDs, so dass nur etwa 20 Prozent des emittierten Lichts genutzt werden konnte. Dafür sind zwei negative Effekte verantwortlich. Zum einen unterdrücken die Farbfilter jeweils zwei der drei Farbbereiche eines OLED-Subpixels, weil sie ja genau dafür eingesetzt werden: Ein reines blau, grün oder rot aus den OLEDs herauszuholen. Dazu kommt der Effekt, dass die Farbfilter als zusätzliche – über den OLEDs angebrachte Schicht – das erzeugte Licht in Gänze abdunkeln.
Stromsparende OLED-Displays sind ein Segen für die Akkulaufzeiten
Der Verzicht auf die Farbfilter wirkt sich auch auf den Herstellungspreis aus. Denn diese Farbfilter sind teuer und kein Produkt von der Stange. Sie müssen je nach Anwendung speziell designt sein, müssen aus geeigneten Materialien bestehen und richtig montiert werden. Denn wenn der Farbfilter verrutscht, ist die geforderte Bildqualität beim OLED-Display dahin. Weil die neuen OLED-Displays ohne diese Filter auskommen und das emittierte Licht zu 100 Prozent nutzen, rückt auch ein Aspekt in den Focus: Die immer noch sehr begrenze Laufzeit der Akkus unserer mobilen Endgeräte. „Schlussendlich profitiert auch der Konsument. Wir alle wissen, dass unsere mobilen Geräte wie Smartphones und Digitalkameras täglich viel Energie verbrauchen. Je weniger für die farbige Darstellung auf den Displays verloren geht, desto länger halten unsere Akkus fürs Telefonieren, Surfen oder Fotografieren“, so Herold.
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