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30.03.2011

Farbiges Leuchten aus hauchdünner Schicht

Organische Leuchtdioden sind eine vielversprechende Technologie – haben jedoch noch immer nicht den Durchbruch geschafft

Die Idee ist faszinierend: Die Tapete an der Wand fängt auf Knopfdruck farbig zu leuchten an oder zeigt als superflacher Monitor Bilder und Fotos an. Verwirklicht werden könnte diese Idee mit organischen Leuchtdioden, so genannten OLEDs. Die elektronischen Bauteile können nicht nur neue Impulse für die Beleuchtungstechnik bringen, sondern auch die Bildschirmtechnologie revolutionieren. Doch die schon seit mehreren Jahren als viel versprechend angepriesene Technik findet nur zaghaft ihren Weg in den Markt.

Mit OLED-Technologie farbig leuchtende Tapeten – wie hier in dieser Studie des Leuchtenherstellers Osram – sind bisher noch nicht auf dem Markt. Foto: Osram Pressebild
OLEDs, Foto: Osram Pressebild

Beim Begriff "organisch" denken viele zunächst einmal an Lebendiges. Doch lebendig ist natürlich nichts an OLEDs – vielmehr werden Moleküle eingesetzt, die aus der organischen Chemie stammen: Polymere und andere Materialien, deren wesentliches Bauelement Kohlenstoff ist. Damit unterscheiden sich OLEDs von ihren nächsten Verwandten, den herkömmlichen "light-emitting diodes" (kurz LEDs), die aus anorganischen Materialien wie Gallium bestehen.

Das Grundprinzip der Entstehung von Licht und Farbe mit Hilfe von elektrischem Strom ist bei beiden Systemen ähnlich: Sie bestehen aus unterschiedlichen Materialien, in denen sich Elektronen und Leerstellen bewegen. Die Elektronen sind negativ geladen, die Leerstellen können hingegen Elektronen aufnehmen und werden deswegen auch Löcher genannt. Treffen ein Elektron und ein Loch zusammen, wird Energie frei. Diese wird bei vielen LEDs entweder direkt in Form von Licht abgestrahlt. Bei der OLED versetzt sie hingegen ein in die betreffende Schicht eingebautes Farbstoffmolekül in einen energetisch höheren, also angeregten Zustand. Fällt das Molekül dann wieder in seinen Grundzustand zurück, wird Licht ausgesandt.

Welche Farbe das von der OLED abgestrahlte Licht letztlich aufweist, hängt von der Energiedifferenz dieser beiden Zustände ab. Je nach eingesetztem Farbstoff können damit unterschiedliche Wellenlängen erzeugt werden. Soll sich die abgestrahlte Farbe verändern, wie es bei einem Monitor erforderlich ist, müssen mehrere OLEDs zu einem Pixel kombiniert werden. Über die additive Mischung des auf das Auge treffenden Lichts ergeben sich dann alle gewünschten Farben – wie auch bei einem gewöhnlichen Farbmonitor.

OLED-Produkte für die Beleuchtung sind manchmal Teil extravaganter Kunst – wie hier in diesem von Philips entwickeltem Leuchter. Foto: Philips
OLED-Kunst, Foto: Philips

Während LEDs aus kristallinen Strukturen aufgebaut sind und daher nicht beliebig dünn konstruiert werden können, erlauben die in OLEDs eingesetzten organischen Materialien den Aufbau hauchdünner Bauteile. So gibt es OLEDs mit Dicken von weniger als einem halben Millimeter oder auf flexible Folien aufgetragene Leuchtelemente. Die wichtigsten Anwendungen der Technologie werden jedoch nicht in der Beleuchtungstechnik liegen – hier sind gewöhnliche LEDs meist leistungsfähiger – sondern bei Bildschirmen und Monitoren. Hier muss die OLED in Konkurrenz zum Flüssigkristallbildschirm (LCD) treten, wie er heute an jedem Computer und Laptop und natürlich auch bei vielen Fernsehern im Einsatz ist. Hier haben OLEDs einen entscheidenden Vorteil: Sie leuchten von selbst, während die Flüssigkristalle in LCD-Bildschirmen lediglich als eine Art Jalousie fungieren, die ständig von hinten beleuchtet wird und sich nur öffnet, wenn das betreffende Pixel gerade sichtbar sein muss. Die Flüssigkristalle in den einzelnen Pixeln werden dazu elektrisch angesteuert und richten sich nach Bedarf so aus, dass sie dem Licht aus dem Hintergrund den Weg frei machen. 

Da bei OLEDs nur genau das Licht erzeugt werden muss, das auch benötigt wird, arbeiten Bildschirme auf der Basis von OLEDs sparsamer als LCD-Monitore, die immer mit maximaler Leistung beleuchtet werden. Dies gilt besonders für Fernsehbilder, die in der Regel weniger helle Bereiche aufweisen als etwa das Monitorbild eines Computers, an dem Texte geschrieben werden.

Doch trotz dieser Vorteile hat die OLED-Technologie bisher nur zögerlich die Märkte erobert. Bisher werden die Bauteile vor allem für Monitore von Kleingeräten wie Handys, Kameras, MP3-Player und Smartphones verwendet. Bei größeren Fernsehbildschirmen hat sich die Markteinführung hingegen immer wieder verschoben. Die Gründe dafür liegen in den noch immer höheren Produktionskosten und in der geringeren Lebensdauer der OLED-Panels. Ein Problem kann hierbei das unterschiedlich schnelle Altern der drei unterschiedlichen Farbanteile eines Pixel sein. Werden diese Alterungsprozesse nicht ausgeglichen, kann dies zu Farbverschiebungen führen.

Trotz dieser Hindernisse: Der Siegeszug der OLEDs scheint langsam, aber unaufhaltsam zu sein – zumindest was Bildschirme betrifft. Marktbeobachter rechnen damit, dass in den kommenden Jahren immer größere Monitore in OLED-Technik auf den Markt kommen werden. In der Beleuchtungstechnik sind ebenfalls die ersten Produkte auf den Markt – Flächenlichtquellen, wie sie etwa als Vitrinenbeleuchtungen in Museum und Kunstgalerien eingesetzt werden. Mit der in wechselnden Farben leuchtenden Tapete hat sich hingegen bisher noch kein Hersteller auf den Markt gewagt. (ud)