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Bei einer organischen Leuchtdioden OLED handelt es sich um ein dünnfilmiges, leuchtendes Bauelement, das aus organischen, halbleitenden Materialien hergestellt wird. Die organischen Leuchtdioden unterscheiden sich von den anorganischen Leuchtdioden dadurch, dass ihre Strom- und Leuchtdichte geringer ist und dass keine einkristallinen Materialen erforderlich sind. Daher lassen sich organische Leuchtdioden im Vergleich zu Leuchtdioden viel kostengünstiger herstellen, allerdings ist ihre Lebensdauer im Moment noch weitaus geringer als die Lebensdauer der Leuchtdioden.

Wie ist ein OLED aufgebaut?

OLEDs werden aus vielen organischen Schichten gebaut. Meist wird auf die Anode, die aus Indium-Zinn-Oxid kurz ITO besteht, eine Lochleitungsschicht aufgebracht. Diese Anode befindet sich auf einer Glasscheibe. Zwischen der Anode und der Lochleitungssicht wird je nach Herstellungsart eine Schicht aus PEDOT/PSS aufgebracht. Diese Schicht soll zur Absenkung der Injektionsbarriere für Löcher dienen und außerdem die Eindiffusion von Indium in den Übergang verhindern. Auf die Lochleitungsschicht wird eine Schicht mit dem Farbstoff aufgebracht. Man bezeichnet diese Schicht als Emitterschicht. Auf die Emitterschicht wird dann die Elektronenleitungssicht aufgebracht. Abschließend wird eine Kathode im Hochvakuum aufgedampft. Diese Kathode besteht aus einem Metall oder einer Legierung mit geringer Elektronenaustrittsarbeit wie es z.B. bei Calcium oder einer Magnesium-Silber-Legierung der Fall ist. Zum Schutz und zur Verringerung der Injektionsbarrieren für Elektronen, wird zwischen die Kathode und der Elektronenleitungsschicht eine dünne Schicht aus Cäsiumfluorid, Silber und Lithiumfluorid aufgedampft. Die Kathode injiziert nun die Elektronen, während die Annode die dazugehörigen Löcher bereitstellt. Diese beiden, also Loch und Elektronen, treiben aufeinander zu und treffen sich idealerweise genau in der Emitterschicht und bilden einen gebundenen Zustand, den man Exzition nennt. Aus diesem Grund heißt die Emitterschicht auch Rekombinationsschicht. Die Exzition stellt je nach Mechanismus den angeregten Zustand des Farbstoffmoleküls dar oder der Zerfall des Exzitons die Energie zur Anregung des Farbstoffmoleküls zur Verfügung. Der Farbstoff hat dabei verschiedene Anregungszustände. So kann der angeregte Zustand in den Grundzustand übergehen dabei wird ein Lichtteilchen (Photon) ausgesendet. Dabei hängt die Farbe des ausgesendeten Lichts vom Energieabstand zwischen dem angeregten und dem Grundzustand ab und kann durch Veränderung der Farbstoffmoleküle gezielt variiert werden.

Wo werden OLEDs eingesetzt?

Organische Leuchtdioden werden vorrangig für Bildschirme (Monitore, Fernseher, PC-Bildschirme) und Display eingesetzt. Weitere Verwendungsmöglichkeiten gibt es außerdem in der großflächigen Raumbeleuchtung. Aufgrund ihrer Materialeigenschaften ist es sehr wahrscheinlich das OLEDs als biegsame Bildschirme oder als elektronisches Papier in der Zukunft verwendet werden. Weitere künftige Anwendungsmöglichkeiten sind hauchdünne, transparente Beschichtungen für Fenster und Wände, die es möglich machen an jedem Ort einen „Monitor“ erscheinen zu lassen.

Wer bietet OLEDs an?

Hauptanbieter der OLED-Technologie sind Osram (Siemens AG), Samsung SDI, Pioneer und Univision. 2007 hat Sony einen OLED-TV mit einer Diagonale von 11 Zoll in Japan auf den Markt gebracht. Das Umsatzwachstum mit OLEDs soll 2009 etwa 83 Prozent betragen. Ab 2009 plant Samsung OLEDs für Fernseher und Notebooks in Massenproduktion. Dies würde die OLED-Produktion wirtschaftlich machen.

Vorteile der OLEDs

Gegenüber der LCD-Technologie bieten OLEDs eine hohe Kostenersparnis, da sie auf fast jedes Material gedruckt werden können. Außerdem bieten sie durch die Nutzung von biegsamen Folien die Möglichkeit, aufrollbare Bildschirme herzustellen oder aber auch Bildschirme in Kleidungsstücke zu integrieren. Gegenüber den Flüssigkristallbildschirmen haben sie einen sehr hohen Kontrast, da bei den OLEDs die Hintergrundbeleuchtung entfällt. OLEDs emittieren des Weitern farbiges Licht, während LCDs nur als farbige Filter wirken. Durch dieses Verfahren benötigen die OLEDs weniger Energie. Dies kann man ganz deutlich daran feststellen, dass OLED-TV-Geräte weniger Wärme ausstrahlen als LC-Bildschirme es tun. Es ist daher möglich das OLEDs gut in kleinen tragbaren Geräten eingesetzt werden, wie z.B. in Notebooks oder MP3-Playern. Da die OLEDs keine Hintergrundbeleuchtung brauchen ist es möglich diese sehr dünn herzustellen. So wurde auf der „Display 200“ ein Modell von Sony vorgestellt, welches nur ein Dicke von 0,3 Millimetern aufzeigt. Der Blickwinkelbereich von bis zu 170 Grad macht das Einsetzen von OLEDs außerdem noch attraktiver.

Nachteile der OLEDs

Eines der größten Nachteile liegt wohl in der geringen Lebensdauer der OLEDs. Als Lebensdauer wird hier die mittlere Betriebszeit bezeichnet, nach der die Leuchtdiode auf die Hälfte abgesunken ist. So wird die Lebensdauer von roten OLEDs auf 10 Millionen Stunden geschätzt. Dies entspricht etwa mehr als 1100 Jahre Dauerbetrieb. Blaue Dioden leben im Vergleich nur 150.000 Stunden, also mehr als 17 Jahre im Dauerbetrieb. Allerdings gibt es bei der Lebensdauer von OLED-Materialien mehrere Aspekte zu beachten. So muss die Anfangshelligkeit, die Zeit bis zum Abfall der Leuchtstärke auf 50 Prozent des Anfangswertes und die unterschiedliche Temperatur der OLEDs beachtet werden. Demnach hat ein gut gekühlter OLED eine sehr viel höhere Lebensdauer als ein OLED ohne Kühlung. Wasser oder Sauerstoff können das organische Material zerstören, daher ist es erforderlich das Element zu verkapseln und vor äußeren Einflüssen zu schützen. Durch die starre, anorganische Verkapslung wird allerdings die Flexibilität beeinträchtigt. Organische Materialien sind mittlerweile viel resistenter gegenüber Wasser und Sauerstoff geworden als es frühere Versionen waren. Korrosion gefährdet nun die hochreaktive Injektionsschicht aus Kalzium und Barium. Erkennbar ist diese Erscheinung durch kreisrunde, wachsende nichtleuchtende Bereiche die man auch Dark Spots nennt. Die Ursache liegt häufig an einer Partikelbelastung beim Aufdampfen der Metallschicht.

Wie ist der Stand der Technik aktuell?

Samsung präsentierte 2005 auf einer Konferenz in Boston ein 40-Zoll-OLED-Panel. Allerdings gibt die Lebensdauer hier noch einige Probleme auf. So altern die roten, grünen und blauen Punkte eines jeden Pixels unterschiedlich schnell und es kommt beim Gesamtbild nach einer gewissen Zeit zu Farbverschiebungen. Diese Farbverschiebungen können nur begrenzt ausgeglichen werden. Die Forschungsschwerpunkte der OLED-Technik liegen in den Ländern Japan, Südkorea und den USA. Die meisten Patente sind in Japan registriert, Deutschland liegt mit 4,5 Prozent auf Platz drei direkt hinter den USA. 2003 wurde mit der „EasyShare LS633“ von Kodak die erste Digitalkamera entwickelt, die einen relativ leuchtstarken und vollfarbigen OLED-Bildschirm besaß. Der Bildschirm hatte eine Diagonale von 2,2 Zoll und war bis zu diesem Zeitpunkt ein sichtbarer Fortschritt zu bisherigen Digitalkameras. Auf Grund ihres hohen Preise kommen OLEDs bislang nur in speziellen Anwendungen zum Einsatz. Jedoch bieten sie durch ihre geringeren Abmessungen größere Gestaltungsspielräume als LCDs. Der niedrige Stromverbrauch macht sie außerdem viel attraktiver für Gerätehersteller. OLED-Bildschirme werden aktuell hauptsächlich für Anzeigen von Mobiltelefonen und anderen portablen Kleingeräten genutzt. Größere Bildschirme sind noch nicht zu wettbewerbsfähigen Preisen verfügbar.