OLED OLED - die organische Leuchtdiode

OLED, die organische Leuchtdiode
OLED
OLED - die organische Leuchtdiode
Eine OLED (organische Leuchtdiode -englisch organic light emitting diode) ist ein
leuchtendes Dünnfilmbauelement aus organischen halbleitenden Materialien, welches sich von
den normalen LEDs (anorganischen Leuchtdioden - LED) dadurch unterscheidet, dass
Stromdichte und Leuchtdichte geringer sind und keine einkristallinen Materialien erforderlich
sind. Im Vergleich zu herkömmlichen (anorganischen) Leuchtdioden lässt sich die
OLED
, also die organische Leuchtdioden daher kostengünstiger herstellen, ihre Lebensdauer ist
jedoch derzeit geringer als die herkömmlicher Leuchtdioden.
Die OLED-Technologie wird vorrangig für Bildschirme (z. B. Fernseher, PC-Bildschirme,
Monitore) und Displays eingesetzt. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die großflächige
Raumbeleuchtung. Aufgrund der Materialeigenschaften ist eine mögliche Verwendung der
OLED als biegsamer Bildschirm und als elektronisches Papier möglich. Die OLED Technologie
fast ein Viertel Jehrhundert nach der Entdeckung vor dem kommerziellen Durchbruch. Laut
einer Studie des US-Marktforschungsunternehmens Displaysearch soll der Umsatz mit
OLED-Displays
von 500 Mio. US-$ im Jahr 2004 auf knapp 7 Mrd. US-$ 2016 steigen. Erste wissenschaftliche
Berichte über die Elektrolumineszenz in organischen Materialien datieren aus dem Jahr 1953.
Alles begann damit als 1987 Kodak und kurz danach Pioneer sich entschlossen, in diese
Zukunftstechnologie zu investieren. Richtig in Schwung kam die Entwicklung, nachdem 1990
entdeckt wurde, dass sich konjugierte Polymere wie Poly(p-phenylenvinylen) für den Einsatz in
organischen Leuchtdioden eignen.
1/7
OLED, die organische Leuchtdiode
Video über OLED
Sendung mit der Maus - OLEDS
{youtube}e-uuT3r27cg{/youtube}
Organische Leuchtdioden als Beleuchtungstechnik der Zukunft? Die Sendung mit der Maus hat
einen Beitrag zu dem Thema ausgestrahlt.
Aufbau und Funktionsweise der OLED
Die OLED ist aus mehreren organischen Schichten aufgebaut. Dabei wird zumeist auf die
Anode, bestehend aus ITO (Indium-Zinn-Oxid), die sich auf einer Glasscheibe befindet, eine
Lochleitungsschicht (HTL{engl. hole transport layer}) aufgebracht. Zwischen ITO und HTL wird
abhängig von der Herstellungsmethode oft noch eine Schicht aus PEDOT/PSS
(Poly(3,4-ethylendioxythiophen)/Polystyrolsulfonat) aufgebracht, die zur Absenkung der
Injektionsbarriere für Löcher da ist und die Eindiffusion von Indium in den Übergang verhindert.
Auf die HTL wird eine Schicht aufgebracht, die entweder den Farbstoff enthält (ca. 5–10 %)
oder – selten – vollständig aus dem Farbstoff (z. B. Aluminium-tris(8-hydroxychinolin), Alq3)
besteht. Diese Schicht wird als Emitterschicht (engl. emitter layer, EL) bezeichnet. Auf diese
wird optional noch eine Elektronenleitungsschicht (engl. electron transport layer, ETL)
aufgebracht. Zum Abschluss wird eine Kathode, bestehend aus einem Metall oder einer
Legierung mit geringer Elektronenaustrittsarbeit wie zum Beispiel Calcium, Aluminium, Barium,
Ruthenium, Magnesium-Silber-Legierung, im Hochvakuum aufgedampft. Als Schutzschicht und
zur Verringerung der Injektionsbarriere für Elektronen wird zwischen Kathode und E(T)L
meistens eine sehr dünne Schicht aus Lithiumfluorid, Caesiumfluorid oder Silber aufgedampft.
2/7
OLED, die organische Leuchtdiode
Die Elektronen (negativ geladene Teilchen) werden nun von der Kathode injiziert, während die
Anode die Löcher (positive Ladung) bereitstellt. Loch und Elektron driften aufeinander zu und
treffen sich im Idealfall in der Emitterschicht, weshalb diese Schicht auch
Rekombinationsschicht genannt wird. Elektronen und Löcher bilden einen gebundenen
Zustand, den man als Exziton bezeichnet. Abhängig vom Mechanismus stellt das Exziton
bereits den angeregten Zustand des Farbstoffmoleküls dar, oder der Zerfall des Exzitons stellt
die Energie zur Anregung des Farbstoffmoleküls zur Verfügung. Der Farbstoff hat
unterschiedliche Anregungszustände. Der angeregte Zustand kann in den Grundzustand
übergehen und dabei ein Photon (Lichtteilchen) aussenden. Die Farbe des vom OLED
ausgesendeten Lichts hängt vom Energieabstand zwischen angeregtem und Grundzustand ab
und kann durch Variation der Farbstoffmoleküle gezielt verändert werden. Ein Problem stellen
nichtstrahlende Triplett-Zustände dar. Diese können durch Zugabe von sogenannten Exzitoren
wieder gelöst werden.
Video zum Thema OLED
OLED Fraunhofer IAP
{youtube}kIIkcY9Bekk{/youtube}
Das Frauenhofer Institut forscht im Bereich der Organic Light Emitting Diodes (OLED) und
entwickelt neue Polymermaterialien und Basisprozesse, mit denen die zukunftsweisende
Technologie umgesetzt werden kann.
Verwendung und Auswahl organischer Materialien in der OLED
3/7
OLED, die organische Leuchtdiode
OLEDs aus Polymeren gefertigten organischen LEDs (OLED) hat sich die Abkürzung PLED
(engl. polymer light emitting diode) durchgesetzt. Als
SMOLED
oder
SOLED
werden seltener die aus „small molecules“ (kleinen Molekülen) hergestellten
OLEDs
bezeichnet. In PLEDs werden als Farbstoffe häufig Derivate von Poly(p-phenylen-vinylen)
(PPV) verwendet. Seit nicht kurzer langer Zeit werden Farbstoffmoleküle eingesetzt, die eine
vierfach höhere Effizienz als mit den oben beschriebenen fluoreszierenden Molekülen erwarten
lassen. Bei diesen effizienteren OLEDs werden metall-organische Komplexe verwendet, bei
denen die Lichtaussendung aus Triplett-Zuständen erfolgt (Phosphoreszenz). Diese Moleküle
werden auch Triplett-Emitter genannt; der Farbstoff kann übrigens auch durch Licht angeregt
werden, was zur Lumineszenz führen kann. Ziel des
OLED
ist es hier allerdings, selbstleuchtende Bildschirme herzustellen, die die organische
Elektrolumineszenz nutzen.
Video zum Thema OLED
OLED - Die Revolution des Lichts
{youtube}31WjPk6O07w{/youtube}
4/7
OLED, die organische Leuchtdiode
Leuchtende Tapeten, aufrollbare Displays und Glasfenster, die Strom produzieren können. All
das wird in der Welt der organischen Leuchtdioden (OLED) möglich sein. In Dresden sitzen die
Köpfe hinter dieser Revolution.
Vorteile der OLED
Ein Vorteil von OLED, OLED-Bildschirmen gegenüber den herkömmlichen
Flüssigkristallbildschirmen ist der sehr hohe Kontrast, da sie ohne Hintergrundbeleuchtung
auskommen: Während LCDs nur als farbige Filter wirken, emittieren
OLEDs
farbiges Licht, was eine bessere Farbdarstellung bringt. Dieses Verfahren ist deutlich effizienter,
wodurch OLEDs deutlich weniger Energieeinsatz benötigen. Aus diesem Grund werden
OLED-TV-Geräte weniger warm als LC-Bildschirme, bei denen ein Großteil der für die
Hintergrundbeleuchtung benötigten Energie in Wärme umgesetzt wird. Durch den geringen
Energiebedarf können
OLEDs
gut in kleinen, tragbaren TV-Geräten eingesetzt werden, beispielsweise Notebooks, Handys
und MP3-Playern. Aufgrund der nicht benötigten Hintergrundbeleuchtung ist es möglich,
OLEDs
sehr dünn zu gestalten.
5/7
OLED, die organische Leuchtdiode
Die Reaktionszeit (response time) von OLED-Bildschirmen liegt bei einigen Geräten unter 0,001
Millisekunden (1 Mikrosekunde)[5] und ist damit um ca. das 1.000-fache schneller als der
aktuell schnellste LCD mit 1 Millisekunde.
Nachteile der OLED
Das größte technische Herausforderung stellt die derzeit vergleichsweise geringe Lebensdauer
mancher aus organischen Materialien bestehenden Bauelemente dar. Bei OLEDs bezeichnet
man als Lebensdauer die mittlere Betriebszeit, nach der die Leuchtdichte auf ca. 50%
abgesunken ist. Für weiße Lichtquellen und Bildschirme ist für die insgesamt nutzbare
Lebensdauer die der blauen Komponente begrenzend. Zurzeit (Stand 2011) werden für weiße
Lichtquellen 5000 Stunden (bei 1000 cd/m²)[6] und 12.000 Stunden (bei 100 cd/m²) angegeben.
Allerdings müssen bei allen offiziellen Angaben zur Lebensdauer von OLED-Materialien
mehrere wichtige Aspekte beachtet werden: Die (maximal mögliche oder im Verhältnis dazu
verringerte) Anfangshelligkeit, bei der die Lebensdauermessung beginnt, die Zeit bis zum Abfall
der Leuchtstärke auf 50 Prozent dieses Anfangswertes sowie die unterschiedlichen
Temperaturen, bei der die OLEDs betrieben werden können. Eine vernünftig gekühlte
OLED
mit geringer Anfangsleuchtstärke hat also immer eine sehr viel höhere Lebensdauer als eine
OLED, die ohne Kühlung von Anfang an mit der maximalen Leuchtstärke betrieben wird. Zudem
wird die Lebensdauer der
OLED
zumeist theoretisch aus dem kürzesten Wert extrapoliert: Da es kaum praktikabel ist, ein
OLED-Material zehn- oder gar hunderttausende von Stunden bei mittlerer oder geringer
Leuchtstärke zu testen, verwendet man die Lebensdauer bei maximaler Leuchtkraft und rechnet
6/7
OLED, die organische Leuchtdiode
diese auf die geringeren Leuchtstärken um. Dass der Boom bei
OLED-Monitoren
bis jetzt ausgeblieben ist, hat vor allem mit diesen Lebensdauer- und Qualitätsunterschieden
bei OLED-Farben und -Materialien zu tun.
Genau wie Wasser (H2O) kann auch Sauerstoff (O) das organische Material zerstören. Es ist
daher wichtig, das Bauelement zu verkapseln und vor äußeren Einflüssen zu schützen. Die
nötige starre, anorganische Verkapselung beeinträchtigt die Flexibilität. Die organischen
Materialien sind jedoch mittlerweile deutlich resistenter gegen Wasser und Sauerstoff als frühe
Versionen. Durch Korrosion ist daher vor allem die hochreaktive Injektionsschicht aus Calcium
und Barium gefährdet. Typische Ausfallerscheinungen sind hierbei kreisrunde, wachsende
nichtleuchtende Bereiche, sogenannte Dark Spots. Die Ursache hierfür ist häufig eine
Partikelbelastung beim Aufdampfen der Metallschichten. Auch die mikroskopischen Kanten der
Mehrschichtstruktur werden durch Korrosion unterwandert, was zur Abnahme der effektiv
leuchtenden Pixelfläche bei Bildschirm-Anwendungen führt.
Mehr zum Thema auf Wikipedia
Bildquelle: English Wiki - Urheber: meharris
{backbutton}
7/7