Organische Leuchtdiode

Eine Organische Leuchtdiode, kurz OLED (Kurzform für organic light-emitting diode), ist eine Leuchtdiode aus organischen, halbleitenden Polymeren oder kleinen Molekülen (small Molecules). Diese Geräte können weitaus kostengünstiger hergestellt werden als anorganische LEDs. Durch Anordnung vieler kleiner OLEDs können grafische Bildschirme - zum Beispiel für Fernseher, PC-Bildschirme und viele weitere Anwendungen - hergestellt werden. Auch zur Beleuchtung sollen sie in der Zukunft eingesetzt werden. Für die aus Polymeren gefertigten organischen LEDs hat sich die Abkürzüng PLED durchgesetzt.

Einer der großen Vorteile der OLEDs gegenüber den herkömmlichen Flüssigkristallbildschirmen ist, dass sie ohne Hintergrundbeleuchtung auskommen. Dadurch benötigen sie deutlich weniger Energie und können auch gut in kleinen tragbaren Geräten eingesetzt werden, bzw. deren Laufzeiten verlängern. Das Display ist so dünn wie eine Plastikfolie und auch so biegsam. Es hat einen großen Blickwinkelbereich von bis zu 170° und eine hohe Schaltgeschwindigkeit, wodurch es sich besonders gut zur Darstellung von bewegten Bildern eignet.

OLEDs werden als Nachfolger der heutigen LCDs gesehen. Der südkoreanische Konzern Samsung präsentierte auf der Konferenz SID 2005 in Boston ein 40-Zoll-OLED-Panel. Die Lebensdauer gibt noch einige Probleme auf, denn die roten, grünen und blauen Pixel altern unterschiedlich schnell. Durch dieses unregelmäßige Altern der Einzelfarben kommt es im Laufe der Zeit zu Farbverschiebungen beim Gesamtbild. Die blauen Pixel sind am kurzlebigsten; machbar ist damit momentan (Stand Anfang 2006) eine Lebensdauer (Abfall der Leuchtdichte auf die Hälfte) von 150.000 Stunden. Die Vorgängergeneration erreichte lediglich eine (inakzeptabel kurze) Lebensdauer von 30.000 Stunden.

Funktion der Organischen Leuchtdiode

Den Schlüssel zur Funktion der OLEDs liefert z. B. ein organischer Farbstoff. Dieser Farbstoff hat verschiedene Anregungszustände. Durch das Zusammentreffen von Elektron und Loch am Farbstoff wird ein angeregter Zustand besetzt, von dem ein Photon (Lichtteilchen) ausgesendet werden kann. Der Farbstoff kann auch durch Licht angeregt werden, was z. B. zur Fluoreszenz führt. Ziel ist es allerdings, selbstleuchtende Displays herzustellen, die die organische Elektrolumineszenz nutzen.

Die angeregten Zustände werden in einem dünnen Film (etwa 0,3 µm) des Farbstoffes erzeugt. Durch diesen Film fließt auf folgende Weise ein Strom: Angeregte Elektronen werden an einer Seite über eine Metallkathode, Löcher an der anderen Seite, der Anode, eingespeist. Die Elektronen und Löcher wandern in den Farbstoff, treffen sich und bilden angeregte Zustände. Hierbei liegt typischerweise eine Spannung zwischen der metallischen Kathode und der transparenten Anode von etwa 5 bis 10 V an. Wenn die Elektronen in die Löcher "fallen" (Rekombination), wird das gewünschte Licht abgegeben. Die Farbe dieses Lichts hängt von der bei diesem Prozess freiwerdenden Energie ab. Durch die Wahl des organischen Materials kann die Farbe gezielt verändert werden.

In OLEDS werden als Polymer-Farbstoffe gewöhnlich Derivate von Poly(p-Phenylen-Vinylen) (PPV) verwendet. Als Anode wird meist Indium-Zinn-Oxid (ITO) verwendet. Um die Effizienz zu erhöhen, werden zwischen Kathode, Anode und der Farbstoffschicht andere Materialien hinzugefügt.

Die Grundpatente für OLED-Strukturen stammen aus den 80er Jahren. Hierbei war die Firma Kodak führend. Seit 1980 sind zu dem Thema etwa 6600 Patente bekannt. Forschungsschwerpunkte liegen in Japan, Südkorea und den USA. Die meisten Patente sind in Japan, gefolgt von den USA und Europa registriert. Deutschland liegt mit etwa 4,5 % auf Platz drei hinter den USA mit etwa 22 %.

Derzeit liegen die Hauptanwendungen von OLED-Displays bei kleinen und kleinsten "Sub-Displays" für Mobiltelefone und andere Kleingeräte. Dabei stehen sie in direkter Konkurrenz zu den LCDs. Die Hauptanbieter sind die Firmen Pioneer, Samsung und RiTdisplay. Der neueste tragbare MP3-Player von Sony arbeitet ebenfalls mit OLEDs.

Eine wichtige neuere Entwicklung ist anzufügen:

In jüngster Zeit werden Farbstoffmoleküle eingesetzt, die eine vierfach höhere Effizienz als mit den oben beschriebenen fluoreszierenden Molekülen erwarten lassen. Bei diesen effizienteren OLEDs werden metall-organische Komplexe verwendet, bei denen die Lichtaussendung aus Triplett-Zuständen erfolgt (Phosphoreszenz). Diese Moleküle werden auch Triplett-Emitter genannt. Eine detailliertere Beschreibung der Funktionsweise der OLEDs mit Triplett-Emittern findet sich zum Beispiel in den Referenzen 1 und 2 (siehe Quellen).

Forschung

Quellen

Hartmut Yersin, Triplet emitters for OLEDs. Introduction to exciton formation, charge transfer states, and triplet harvesting.
H. Yersin, Triplet emitters for OLED applications. Mechanisms of exciton trapping and control of emission properties. Top. Curr. Chem. 241, S. 1 (2004). ISSN: 0340-1022.
Howard, Webster E., Better Displays with Organic Films. Scientific American, 290(2), S. 76 (2004).
Shinar, Joseph (Ed.), Organic Light-Emitting Devices: A Survey. NY: Springer-Verlag (2004). ISBN 0-387-95343-4.

Hersteller

Weblinks