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Allgemein | 04 Dezember 2008

Neue Trends in organischer und gedruckter Elektronik

Schärfere Kontraste, weniger Energieverbrauch, schlankere Bildschirme. Im TV-Format sind Bildschirme mit organischen Leuchtdioden (OLED) bereits erhältlich. Damit OLED in Zukunft auch ganze Räume beleuchten können, suchen die Hersteller nach Wegen, die Lichtquellen kostengünstig auf flexiblen Trägern zu produzieren.

Die OLED-Displays gewinnen an Größe. Auf Mobiltelefonen oder Autoradios leuchten sie schon seit Jahren, im Fernsehbereich sind sie seit kurzer Zeit auf dem Markt. Prototypen für TV-Displays mit 40 Zoll Bildschirmdiagonale wurden bereits präsentiert. Im Kinoformat allerdings werden die farbigen Lichtquellen noch lange nicht zu sehen sein. Denn bei großflächigen OLED-Anwendungen stoßen die aktuellen Konzepte in punkto Herstellung und Qualität an ihre Grenzen. Langfristig sollen daher gedruckte OLED Abhilfe leisten. Sie könnten aus einer leichten und biegsamen Trägerfolie bestehen, die mit Kunststoffen, so genannten "Polymeren", bedruckt werden. Da sich Polymere in Flüssigkeiten lösen und in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammensetzung isolierende, halbleitende oder leitende Eigenschaften bieten, eignen sie sich dazu, elektronische Bauelemente wie Transistoren, Leuchtdioden oder Photozellen in kontinuierlichen Druckprozessen äußerst preiswert herzustellen. LCD-Bildschirme legen die Messlatte auf Im Vergleich zu Flüssigkristall- (LCD)-Bildschirmen weisen OLEDBildschirme Vorteile auf, weil ihnen ein anderes Funktionsprinzip zugrunde liegt. Flüssigkristalle wirken wie eine Jalousie, die das Licht, das aus dem Hintergrund eingestrahlt wird, für den Betrachter im Vordergrund an- und ausschaltet. Dagegen benötigen OLED-Displays keine Hintergrundbeleuchtung, da die Dioden das Licht beim Anlegen einer elektrischen Spannung selbst emittieren. Ein dunkler Bildpunkt wird bei einem LCD-Display daher lediglich abgeschattet, bei einem OLED-Display wird er einfach ausgeschaltet. Ein OLED-Display ist daher: - energieeffizienter als ein voll hinterleuchtetes LCD-Display. Vor allen Dingen dann, wenn der Bildinhalt wenig helle Bilder zeigt, wie es häufig bei Filmen der Fall ist. - kontraststärker als ein herkömmlich hinterleuchtetes LCD-Display. OLED-Displays erreichen Kontrastwerte von bis zu 1.000.000 zu 1. - sehr dünn, da auf die Hintergrundbeleuchtung verzichtet werden kann. Die Hersteller haben bereits drei Millimeter dünne OLED-Bildschirme gezeigt. - sehr umweltfreundlich, da die OLED-Funktionsschichten nur wenige Nanometer dünn sind und keine umweltkritischen Substanzen enthalten. Allerdings wurden diese Vorteile bislang auf starren Trägern wie Glasplatten realisiert. "Die Hersteller arbeiten daher unter Hochdruck daran, OLED - im besten Fall im Massendruckverfahren - auf flexible Träger aufzubringen", sagt Dr. Udo Heider, Leiter des Geschäftsbereiches OLED bei der Merck KGaA in Darmstadt. Die Herausforderungen liegen dabei zum Beispiel in der Auswahl der geeigneten Drucktechnologie oder der Formulierung einer leistungsfähigen Tinte. "Denn auch in Auflösung, Leuchtstärke und Lebensdauer", erklärt Herr Heider, "müssen gedruckte OLED den hohen Standards der LCD-Displays entsprechen." TouchScreen ohne zusätzliche Folien Bei Beleuchtungen wird diese Aufgabe leichter zu lösen sein. Denn anders als bei bildgebenden Anwendungen spielt der Faktor Auflösung, also die Zahl der Bildpunkte pro Fläche, hier in der Regel keine Rolle. Im Vergleich zu herkömmlichen Lichtquellen bieten sie völlig neue Anwendungsgebiete. - OLED sind flächige Lichtquellen. In Zukunft sollen sie daher zu leuchtenden Lampenschirmen oder Tapeten verarbeitet werden. - OLED sind kalte Beleuchtungsquellen, da sie elektrische Energie sehr effizient in Licht umwandeln. Menschen können sie daher auch ohne vorgeschaltete, berührungssensible Folien direkt berühren - und zwar ohne sich dabei die Finger zu verbrennen. Das Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) in Dresden hat inzwischen eine flache OLED-Lampe mit TouchScreen-Funktionalität vorgestellt, die sich per Handbewegung an- und ausschalten lässt. Weißen Lichtquellen fällt in diesem Zusammenhang eine besondere Bedeutung zu. Im Zuge europäischer Forschungsprojekte wurden weiße OLED mit einer Effizienz von mehr als 50 Lumen pro Watt - Lumen ist ein Maß für die gesamte von einer Strahlungsquelle ausgesandte sichtbare Strahlung - und einer Lebensdauer von mehr als 10.000 Stunden entwickelt. Damit erreichte die 30 mal 30 Zentimeter große OLED-Lampe ähnliche Werte wie eine herkömmliche Leuchtstoffröhre. Leistungsfähige OLED für 100 Euro pro Quadratmeter Auf diese Ergebnisse wollen die Firmen Philips, Osram Opto Semiconductors, Siemens, Novaled und das IPMS nun aufbauen. Sie haben im September 2008 das Projekt OLED100.eu gestartet, um bis 2011 noch effizientere OLED kostengünstig herzustellen. Ihre Ziele: Eine Verdoppelung des Wirkungsgrades auf 100 Lumen pro Watt und eine Verzehnfachung der Lebensdauer auf mehr als 100.000 Stunden. Außerdem soll ein Herstellungsverfahren entwickelt werden, das die Produktion von einem Quadratmeter Leuchtfläche zu Kosten von 100 Euro erlaubt. Ein Drittel des 20-Millionen-Euro-Etats für OLED100.eu steuert die Europäische Union (EU) bei. Eine wichtige Rolle wird dabei das "Center for Organic Materials and Electronic Devices Dresden (COMEDD)" spielen, das das IPMS im Oktober 2008 eröffnet hat. "Mit COMEDD etablieren wir ein europaweit führendes Zentrum für organische Halbleiter, das produktnahe Forschung und Entwicklung und die Umsetzung der Forschung in die Pilotfertigung ermöglicht", sagt Professor Karl Leo vom IPMS. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise die Realisierung einer Versuchsanlage für flexible OLED auf der Basis preisgünstiger Aluminiumfolien geplant. Eine Rolle-zu-Rolle- Fertigung soll die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens zusätzlich verbessern. Die EU, die Bundesrepublik Deutschland und das Land Sachsen wollen daher bis 2009 insgesamt 25 Millionen Euro in das COMEDD investieren. Experten erwarten, dass die OLED-Technologie den Beleuchtungsmarkt radikal verändern wird. "In zehn Jahren dominieren Glühlampen und Neonröhren den Beleuchtungsmarkt nicht mehr", glaubt Gildas Sorin, Vorstandsvorsitzender des Materialherstellers Novaled AG in Dresden. "Weitere fünf Jahre wird es dauern, bis wir völlig neue Beleuchtungsanwendungen auf OLED-Basis sehen werden." Hintergrund: Organische und gedruckte Elektronik Die organische und gedruckte Elektronik eröffnet ein völlig neues Anwendungsspektrum unterhalb der bekannten Siliziumtechnik, da sie die kostengünstige Herstellung dünner, leichter und flexibler Bauelemente ermöglicht. Sie basiert auf einer Kombination von - Techniken, die eine großflächige, hochvolumige Beschichtung und Strukturierung erlauben, und von - Kunststoffmolekülen, die auf eine leichte und biegsame Trägerfolie geschichtet werden und in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammensetzung isolierende, halbleitende oder leitende Eigenschaften aufweisen. Meist sind diese Materialien organischer, manchmal anorganischer Natur. Die Kunststoffe können aus großen Molekülketten ("Polymeren") oder "kleinen" Molekülen bestehen. In der Art und Weise, wie sie im Herstellungsprozess der elektrischen Bauteile verarbeitet werden, weisen sie allerdings Unterschiede auf. Kleine Moleküle werden in der Regel in einem Vakuumprozess aufgedampft. Polymere dagegen werden in Massendruck-Verfahren aufgebracht, da sie sich in Flüssigkeiten lösen lassen und es erlauben, elektronische Bauteile Schicht für Schicht, sehr preiswert aufzubauen. Die organische und gedruckte Elektronik eignet sich damit zum Beispiel zum Bau von: - Gedruckten Transistoren, die als Radio Frequency Identification (RFID)-Etiketten in der Warenlogistik zum Einsatz kommen - Organischen Leuchtdioden (OLED), die Licht aussenden - Organischen Photovoltaikzellen, die Licht absorbieren und in elektrische Energie umwandeln - Flexiblen Batterien, um mobile Geräte mit Strom zu versorgen - Gedruckten Sensoren, die Umweltparameter wie Helligkeit, Druck, Temperatur oder Feuchtigkeit messen - Organischen Datenspeichern, die digitale Informationen speichern - Flexiblen Displays für elektronische Bücher oder SmartCards - Gedruckten Einweg-Messgeräten für die medizinische Diagnostik
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2019.06.17 21:26 V13.3.21-1