OLEDs – eine Vision der Zukunft im Hier und Jetzt?

Ein Laptop auf einem Stuhl, der Dank OLEDs magisch in strahlenden Farben leuchtet. Foto: © Michał Kubalczyk, Lizenz: Creative Commons CC0 1.0, Quelle: unsplash.com

Die OLED-Technologie wird so oft als die Zukunft des Fernsehens, die Innovation der letzten Jahre und eine wahre Weiterentwicklung angepriesen. Doch ist sie das wirklich? Wir haben uns auf die Suche nach der Antwort auf die Frage gemacht, ob die OLED die Zukunft ist. Was dabei herausgekommen ist, erfahrt ihr jetzt.

Was ist eine OLED überhaupt?

Ausgeschrieben steht OLED für „organic light emitting diode“ – übersetzt also eine organische Leuchtdiode. Doch was heißt das jetzt? Im Gegensatz zur herkömmlichen LED beruht die OLED auf organischen halbleitenden Materialien – meist Kohlenstoff. Wegen dieser Eigenschaft ist die elektrische Stromdichte sowie die Leuchtdichte geringer. Außerdem sind keine einkristallinen Materialien nötig.

Das bedeutet genauer, dass sich OLEDs im Vergleich zum anorganischen Konträr sehr kostengünstig herstellen lassen. Jedoch haben sie auch eine verringerte Lebensdauer und Lichtausbeute.

Einsatzgebiete

Die Bereiche für den Einsatz von OLEDs sind scheinbar grenzenlos. Überall, wo es Displays braucht, hat die neuartige Technik bereits Fuß gefasst. Bei Smartphones, Tablets und Fernsehern ist der Einsatz keine Neuheit mehr. Besonders interessant ist hier, dass mittels der OLED auch biegsame Bildschirme hergestellt werden können.

Übrigens: Nicht nur in Displays kann die OLED verbaut werden. Sie erzielt auch bei der großflächigen Raumbeleuchtung einfach unglaubliche Ergebnisse.

Ein kurzer Blick in die Geschichte der OLED

Entdeckt wurde die Elektrolumineszenz in organischen Materialien von A. Bernanose in den 1950ern in Frankreich. In den folgenden zehn Jahren forschten Teams weltweit an den Stoffen bis Martin Pope, ein Mitarbeiter an der New York University, die ohmschen Elektrodenkontakte entwickelte. Diese machten die Injektion von Ladungsträgern in die organischen Kristalle im unbeleuchteten Zustand möglich.

1963 entdeckte Popes Team dann die erste Gleichspannungs-Lumineszenz. Daran anknüpfend beschäftigten sich immer mehr Forscher wie Wolfgang Helfrisch und Roger Partridge mit der neuen Technologie und entwickelten sie stetig weiter.

Der Durchbruch gelang im Jahr 1987 den Forschern der Eastman Kodak Company. Sie berichteten erstmals vom Diodenaufbau mit einer getrennten loch- und elektronentransportierenden Schicht. Die Lichtemission konnte so in der Mitte der organischen Schicht auftreten.

Wie funktioniert ein OLED Display?

Die OLED ist aus mehreren organischen Halbleiterschichten zusammengesetzt, welche sich zwischen zwei Elektroden befinden. Mindestens eine dieser Elektroden muss transparent sein. Auf die Anode, welche aus Indium-Zinn-Oxid besteht, wird eine Lochleitungsschicht aufgetragen. Als “Löcher” werden übrigens positive bewegliche Ladungsteilchen oder auch “Defektelektronen” bezeichnet, weil ihnen eben das Elektron fehlt.

Je nach Herstellungsmethode wird zwischen den Schichten oft noch eine Ebene bestehend aus dem sogenannten PEDOT/PSS aufgebracht. Diese senkt die Injektionsbarriere für die Löcher ab und verhindert das Eindringen von Indium in den Übergang.

Auf die Lochleitungsschicht wird im Anschluss der Farbstoff (die EL- bzw. Rekombinationsschicht) gebracht. Darauf folgt die Elektronenleitungsschicht und eine Kathode.

Schematischer Aufbau einer OLED.

Schematischer Aufbau einer OLED.

Eine hauchdünne Angelegenheit

Möglicherweise mögen die vielen Schichten jetzt so klingen, als wäre ein enorm dickes Ergebnis entstanden. In Wirklichkeit misst das Ergebnis jedoch nur 100 bis 200 Nanometer im Querschnitt. Zwischen zwei dünnen Glasschichten kann eine Spannung von 3 bis 12V angelegt werden. Dadurch werden die Elektronen aus der Kathode in den Film injiziert.

Zur gleichen Zeit werden die Löcher als positive Ladungen von der transparenten Anode in das organische Material injiziert. In dem entstandenen elektrischen Feld wandern Löcher und Elektronen durch den Film. Dadurch entstehen mit der Rekombinationsschicht angeregte Zustände, welche für die Aussendung von Photonen und damit Licht sorgen.

OLED Vorteile

Die OLED Bildschirme und vor allem die OLED TVs bieten einen wesentlich höheren Kontrast als herkömmliche LED- oder LCD-Displays. Der Grund hierfür liegt darin, dass sie ganz ohne Hintergrundbeleuchtung auskommen. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass die schwarzen Pixel kein Licht emittieren.

Außerdem stellen OLEDs Farben besonders gut dar, da sie farbiges Licht nur bei Ansteuerung aussenden. Die LCDs dagegen wirken eher wie ein farbiger Filter. Aufgrund dieser beiden Eigenschaften verbrauchen OLED-Geräte weniger Energie – vor allem bei der Darstellung dunkler Bilder.

Bei Handhelds der absolute Renner

Besonders in kleinen, tragbaren Geräten wie Laptops, Handys oder MP3-Playern wirkt sich dieser geringe Energiebedarf positiv auf die Akkulaufzeit aus. Wegen ihrer Dünnheit ermöglichen OLEDs es auch die Bildschirme immer schmaler zu gestalten, was sich wiederum positiv auf Gewicht und Handlichkeit auswirkt.

Kostengünstige Produktion

Allgemein sind die OLEDs in der Herstellung sehr günstig. Sie werden auf einem drucktechnischen Weg hergestellt und können so großflächig produziert werden. Teure Vakuum- oder Reinraum-Bedingungen sind dabei nicht nötig.

OLED Nachteile

Doch wie die meisten Sachen, ist auch die OLED nicht perfekt. Das größte Problem bildet die vergleichsweise kurze Lebensdauer. Im Gegensatz zur LED ist sie nur ein Drittel so lang – genauer heißt das, dass weiße OLEDs eine Lebensspanne von 5000 Stunden (bei 1000 cd/m²) und 12.000 Stunden (bei100 cd/m²) besitzen. Verlängert werden kann diese durch Kühlung und einer sorgfältigen Nutzung nicht immer auf der höchsten Helligkeitsstufe.

Leider ist aber auch die Lichtausbeute der OLEDs hinter der der herkömmlichen LED. OLEDs scheinen mit einem Höchstwert von 100 lm/W, LEDs mit 300 lm/W.

Auch reagieren die organischen Substanzen mit einigen Stoffen negativ. Wasser (auch in Form von Luftfeuchtigkeit) und Sauerstoff können ihnen schaden und die Lebensdauer verkürzen. Deswegen ist es wichtig, dass die Schichten immer gut und sicher luftdicht verschlossen sind

Fazit: OLED die Zukunft?

Ohne Frage bringt die OLED einige sehr innovative und neuartige Techniken mit sich. Gerade in Fragen Displaybe- und -ausleuchtung kann sie einiges bieten, was kein anderes Leuchtmittel schafft. Auch für die Beleuchtung großer Flächen lohnt sich ein Blick in die OLED-Technologie. Für den Alltagsverbraucher stellt die herkömmliche LED allerdings meist eine bessere (und langlebigere) Lösung dar.

Quellen

www.professional-system.de/…/oled-displays-das-funktionsprinzip-neuste-entwicklungen/
www.wikipedia.org/wiki/Organische_Leuchtdiode

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