OLED: Kunststoffe mit leuchtender Zukunft

(24.4.2005) Organische Leuchtdioden (OLED) eröffnen eine neue Generation extrem dünner, leichter und brillanter Flachbildschirme und Beleuchtungen. Zwei Bundesministerien planen, deutsche Unternehmen und Institute in dieser Branche in den kommenden fünf Jahren mit 100 Millionen Euro zu fördern. Zwei Fraunhofer-Institute in Potsdam und Dresden verfügen über langjährige Erfahrungen.

Der Markt für OLED-Flachbildschirme wächst derzeit stärker als 100 Prozent pro Jahr. Noch konzentrieren sich Hersteller auf Geräte der Mobilkommunikation, jedoch geraten OLED-Fernsehbildschirme verstärkt in ihren Fokus. OLEDs werden auch herkömmlichen Lichtquellen wie Glühbirnen oder Neonröhren dank ihrer hervorragenden Eigenschaften mittel- bis langfristig ernste Konkurrenz machen (siehe auch Meldung "OLED - Forschen an idealer Bürobeleuchtung" vom 28.2.2005).

Um den etablierten Anwendungen Paroli bieten zu können, müssen sowohl die Effizienz der Lichterzeugung als auch die Fertigungsverfahren noch deutlich verbessert werden. Dazu existieren zwei Basistechnologien:

• Zuerst erfunden wurden organische Leuchtdioden aus im Vakuum aufgedampften kleinen Molekülen (small molecules oder SM-OLED).
• Etwas später kamen organische Leuchtdioden auf Basis von längerkettigen Polymeren hinzu, die in flüssiger Lösung aufgebracht werden (Polymer-OLED oder PLED).

Momentan dominieren im Displaymarkt SM-OLED-Produkte; PLED-Displays hingegen ließen sich zukünftig ähnlich wie mit einem Tintenstrahldrucker kostengünstig produzieren.

Die Entwicklungsmöglichkeiten dieser Technologie schätzen auch die Bundesministerien für Bildung und Forschung sowie für Wirtschaft und Arbeit als hoch ein. Bei der Eröffnung des Kongresses "Optische Technologien - Innovationschancen für Deutschland" verkündete Bundesministerin Edelgard Bulmahn vor knapp drei Monaten, Forschungsinstitute und industrielle Unternehmen in den kommenden fünf Jahren mit 100 Millionen Euro unterstützen zu wollen. 110.000 Menschen finden nach Angaben Wolfgang Clements direkt in den Optischen Technologien Arbeit. 16 Prozent der Arbeitsplätze im Verarbeitenden Gewerbe sind durch Lichttechnologien beeinflusst. Nach Prognosen entstünden bis 2010 allein in mittelständischen Unternehmen 15.000 zusätzliche Stellen.

Bereits seit den neunziger Jahren widmen sich mehrere Institute der Fraunhofer-Gesellschaft diesen Leuchten der Zukunft. Am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam untersuchen und verbessern Forscher kostengünstige Produktionsverfahren für PLED. Dazu wurde mit der Firma MBraun in München eine Referenzanlage entwickelt und installiert. Sie ermöglicht es, alle Herstellungsprozesse unter den erforderlichen Bedingungen ablaufen zu lassen: nasschemische Beschichtungen, trockene Bedampfungen und Verkapselungen. Gerade letztere müssen unter Schutzgas vorgenommen werden, da Sauerstoff und Wasserdampf die Lebensdauer von PLEDs stark beeinträchtigen würden. Gemeinsam mit der Universität Kassel konnten erstmals Vorstufen von 3D-Displays mit sehr kleinen Strukturen hergestellt werden. Zudem realisierten die Forscher Strukturen auf flexiblen Substraten, die zu aufrollbaren Anzeigen weiterentwickelt werden. Hier sind Kunststoffabdeckungen mit Barriereschichten besonders gefragt, da sie Flüssigkeiten und Gase nur sehr langsam hindurchtreten lassen.

In einem zweiten IAP-Forschungsfeld treiben die Wissenschaftler die Synthese neuer, leuchtfähiger Materialien voran. "An diese Substanzen werden sehr hohe Anforderungen gestellt", weiß Armin Wedel, Forschungsbereichsleiter Funktionale Polymersysteme. "Vor allem müssen sie eine möglichst einheitliche chemische Struktur aufweisen und dürfen keine molekularen Defekte aufweisen." Nur so ist es möglich, Polymere herzustellen, die in den Farben rot, grün oder blau und mit der gewünschten Brillanz leuchten.

Die Technologie auf Basis der kleinen Moleküle untersuchen Forscher vom Fraunhofer-Institut für photonische Mikrosysteme IPMS. Hier heißt das Ziel ihrer Arbeiten: möglichst hocheffiziente OLEDs bei geringen Herstellungskosten der Displays. Dabei kooperieren sie mit Kollegen des ebenfalls in Dresden ansässigen Unternehmens Novaled GmbH, einer gemeinsamen Ausgründung mit der Technischen Universität Dresden. Mit der deutschen Firma Applied Films in Alzenau konzipieren und entwickelten sie die weltweit erste vertikale In-Line-Anlage. Mit ihr können Displays dreimal effizienter hergestellt werden als mit konventionellen Systemen.

Ein wirtschaftlich wesentlicher Faktor sind verbesserte Integrationstechnologien - also Verfahren, um aus Komponenten Displays aufzubauen. Mit Schaltkreisen, die Passiv-Matrix-Displays ansteuern, konnten Forscher vom IPMS demonstrieren, das sich in ihm viele, ganz neue Funktionen kombinieren lassen. "Mit den neuen Ansteuerschaltkreisen für OLED-Anwendungen ist unser Institut weltweit einer der ganz wenigen unabhängigen Systemlieferanten", betont Jörg Amelung, Bereichsleiter Organische Materialien und Systeme. "Dies reicht von der Konzeptionierung, über Produktentwicklungen bis zur Lieferung solcher Systeme."

Neben Displays für Kommunikationsgeräte macht es die OLED-Technologie erstmals möglich, sehr effiziente Lichtquellen in Siliziumsubstrate zu integrieren. Solchen organischen Mikrosystemen dürfte ebenfalls die Zukunft gehören - besonders in der Datenverarbeitung und -übertragung mit Licht.