Leiterbahnen für Leuchtwunder

Mediendienst / 2.11.2010

Organische Leuchtdioden, kurz OLEDS, gelten als Basis für eine neue Lampengeneration: großfl ächig, beliebig formbar und flexibel in die Innenarchitektur integrierbar. Doch das »leuchtende Glas« ist derzeit noch sehr teuer. Forscher wollen die Lampen der Zukunft optimieren und den Preis durch ein neues Herstellungsverfahren senken.

Bild: Leiterbahnen für Leuchtwunder
© Foto Fraunhofer ILT

OLEDs gelten als die Basis für eine neue Lampengeneration – großflächig, beliebig formbar und flexibel in die Innenarchitektur integrierbar. Fachleute denken nicht nur daran, ganze Wände und Decken künftig mit leuchtenden Schichten zu verkleiden, sondern auch Fenster zu beschichten. Tagsüber wären diese Fenster wie gewohnt durchsichtig. Abends könnten sie leuchten, als wäre draußen heller Tag – eine angenehme, weil naturnahe Beleuchtung. Auch für die Display-Technik versprechen die OLEDs einiges: Aus ihnen kann man extrem dünne Bildschirme fertigen, die sich künftig – aufgebracht auf eine flexible Unterlage – womöglich sogar zusammenrollen lassen. Lange Zeit haperte es zwar an der Haltbarkeit. Doch seit kurzem schaffen die OLEDs einen Dauerbetrieb von 5000 Stunden – das reicht für viele Standardanwendungen. Der Wirkungsgrad des »leuchtenden Glases« liegt derzeit etwa bei dem Doppelten einer Glühbirne. Das aufwändige Herstellungsverfahren macht die neuartigen Lampen noch so teuer. Anders bei dem neuen Verfahren: Statt viel Material aufzudampfen und das meiste davon wieder zu entfernen, bringen die Wissenschaftler nur genau soviel Metall auf, wie benötigt wird. Leiterbahnen auf Glas - homogene Leuchtkraft für OLEDs dank mikroskaliger Leiterbahnen

Ein kurzer Druck auf den Lichtschalter – und die gesamte Decke leuchtet in einem gleichmäßigen, angenehmen Farbton. Noch gibt es diesen »leuchtenden Himmel« nicht zu kaufen, aber Forscher aus aller Welt arbeiten mit Hochdruck daran. Die Technik, die dahinter steckt, basiert auf organischen Leuchtdioden, kurz OLEDs. Diese verwenden spezielle Moleküle, die Licht aussenden, sobald Strom durch sie fließt. Zwar gibt es seit kurzem die ersten OLED-Leuchten zu kaufen, aber sie sind klein und teuer. Eine flache Scheibe mit einem Durchmesser von acht Zentimetern kostet rund 250 Euro. Experten des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Aachen arbeiten jetzt gemeinsam mit Philips an einem Verfahren, mit dessen Hilfe die Lampen deutlich größer und billiger werden sollen – und damit tauglich für den Massenmarkt.

Die neuen Lampen sind vor allem wegen des aufwändigen Herstellungsprozesses teuer. Eine OLED-Leuchte besteht aus einem sandwichartigen Schichtaufbau: unten eine flächige Elektrode, darüber diverse Zwischenschichten, sowie die eigentliche Leuchtschicht aus organischen Molekülen. Den Abschluss bildet eine zweite Elektrode aus einem Spezialmaterial namens ITO (Indiumzinnoxid, engl. indium tin oxide). Gemeinsam mit der unteren Elektrode hat die ITO-Schicht die Aufgabe, die OLED-Moleküle mit Strom zu versorgen und dadurch zum Leuchten zu bringen. Das Problem: Die ITO-Elektrode ist nicht leitfähig genug, um den Strom gleichmäßig über eine größere Fläche zu verteilen. Die Folge: Statt ein homogenes Leuchtbild abzugeben, nimmt die Helligkeit in der Mitte der Flächenleuchte sichtbar ab. »Um das auszugleichen, bringt man zusätzliche Leiterbahnen auf die ITO-Schicht auf«, sagt Christian Vedder, Projektleiter am ILT. »Diese Leiterbahnen bestehen aus Metall und verteilen den Strom gleichmäßig über die Fläche, so dass die Lampe homogen leuchtet.«

Üblicherweise werden die Leiterbahnen durch einen energieintensiven Aufdampfprozess aufgebracht: »Bei dieser Methode werden nur maximal zehn Prozent des aufgebrachten Metalls verwendet. Der große Rest einschließlich der chemischen Ätzmittel muss aufwändig entsorgt werden«, erklärt Christian Vedder. Anders bei dem neuen Verfahren der ILT-Forscher: Statt viel Material aufzudampfen und das meiste davon wieder zu entfernen, bringen die Wissenschaftler nur genau soviel Metall auf, wie benötigt wird. Zunächst legen sie eine Maskenfolie auf die Oberfl äche der ITO-Elektrode. Dort, wo später die Leiterbahnen sein sollen, sind in der Maske mikrometerfeine Schlitze eingebracht. Auf diese Maske legen die Forscher eine dünne Metallfolie aus Aluminium, Kupfer oder Silber – dem Metall, aus dem die Leiterbahnen bestehen sollen. Danach fährt ein Laser mit einer Geschwindigkeit von mehreren Metern pro Sekunde das Leiterbahnmuster ab. Das Metall schmilzt und verdampft; der Dampfdruck sorgt dafür, dass die Schmelztropfen durch die feinen Ritzen in der Maske auf die ITO-Elektrode gedrückt werden. Als Ergebnis entstehen extrem feine Leiterbahnen. Mit bis zu 40 Mikrometern sind sie deutlich schmaler als die 100 Mikrometer breiten Leiterbahnen, die man mit konventioneller Technik herstellen kann. »Im Labor konnten wir bereits zeigen, dass unsere Methode funktioniert«, erklärt Vedder. »Der nächste Schritt ist, das Verfahren gemeinsam mit unserem Partner Philips in die industrielle Praxis umzusetzen und eine Anlagentechnik zu entwickeln, mit der sich die Leiterbahnen im großen Maßstab kostengünstig aufbringen lassen.« In zwei bis drei Jahren könnte das neue Laserverfahren praxisreif sein.