Forschung Kompakt / 2.5.2013

Bildschirme aus organischen Leuchtdioden versprechen ungeahnte Möglichkeiten. Doch oft verhindern hohe Produktionskosten den breiten Einsatz. Eine neue Art der Fertigung spart nicht nur Kosten, sondern verbessert auch die Strahlkraft der OLED.

Mikrodisplays sind kaum größer als das menschliche Auge. Ein neues günstiges Verfahren lässt sie jetzt deutlich heller strahlen. (© Fraunhofer COMEDD)

Die Zeiten der guten alten Röhre sind längst vorbei. Laut Statistischem Bundesamt besaß schon 2011 fast jeder zweite Deutsche Haushalt einen Flachbildfernseher. Die Frage ist jedoch, wie lange unsere wenige Zentimeter schmalen Flimmerkisten den Zusatz »flach« überhaupt noch verdienen. Rigo Herold von der Fraunhofer-Einrichtung für Organik, Materialien und Elektronische Bauelemente COMEDD jedenfalls denkt bereits in ganz anderen Dimensionen: »2008 haben erste Hersteller Displays vorgestellt, die weniger als einen Millimeter dünn sind.« Die Technologie, die hinter den besonders schlanken Mattscheiben steckt, heißt OLED. Die Abkürzung steht für »Organic Light Emitting Diode«, zu Deutsch: »organische Leuchtdiode«. »OLED leuchten von selbst und kommen im Gegensatz zu den heute gängigen Flüssigkristallbildschirmen ohne Hintergrundbeleuchtung aus. Dadurch wird es künftig möglich sein, sehr dünne und gleichzeitig flexibel biegbare Displays herzustellen«, erklärt Herold, der beim COMEDD für »IC- und System-Design« zuständig ist. Was man bisher lediglich aus Science-Fiction-Streifen kennt, könnte also in absehbarer Zeit auch unser alltägliches Fernseherlebnis verändern: Bildschirme dünn wie Papier, aufgebracht auf Kleidung, Vorhängen oder gar Fenstern.

Doch die Technologie steckt nach wie vor in den Kinderschuhen. Neben der geringen Lebensdauer verhindern bislang sehr hohe Anschaffungspreise einen breiten Durchbruch. »Organische Leuchtdioden zu produzieren, ist nach wie vor sehr teuer. Großflächige OLED-Fernsehbildschirme gibt es deswegen aktuell noch nicht zu kaufen. Die Technologie kommt momentan vor allem bei sehr kleinen Bildschirmgrößen von wenigen Quadratzentimetern zum Einsatz. Beispiele sind die ViewFinder von Digitalkameras oder – noch kleiner – von Handy-Beamern und Datenbrillen«, beschreibt Herold den Stand der Technik. Zusammen mit seinen Kollegen forscht er an neuen Herstellungsmethoden für Mikrodisplays.

Subpixel direkt auf Mikrodisplays auftragen

Aktuell ist den Forschern hier ein wichtiger Durchbruch gelungen: Zusammen mit der VON ARDENNE Anlagentechnik GmbH entwickeln sie eine Technologie, um die kleinen OLED-Bildschirme ohne Farbfilter zu produzieren. Deren Einsatz war bisher nötig, da die roten, grünen und blauen Subpixel, die für die Darstellung eines farbigen Bilds notwendig sind, bisher nicht direkt auf die Elektrode aufgetragen werden konnten. »Die Sub-pixel der kleinen Displays sind üblicherweise etwa 8 Quadratmikrometer groß. Die herkömmliche Technik ließ es jedoch nur zu, Einheiten von größer als 50 Quadratmikrometer zu bearbeiten« stellt Herold die zu meisternde Herausforderung dar.

Um diese Problematik zu lösen, haben die Wissenschaftler eine spezielle Technologie des Partnerunternehmens VON ARDENNE eingesetzt. Diese erlaubt es, organische Schichten unter Wärme gezielt lokal verdampfen zu lassen. Dabei lassen sich Flächen bearbeiten, die kleiner als 10 Quadratmikrometer sind. »Um die Technologie für die OLED-Mikrodisplays zu nutzen, haben wir den gesamten Fertigungsprozess neu konzipiert. Es ist somit möglich, die roten, grünen und blauen Farbpixel direkt aufzubringen. Der Einsatz des Farbfilters ist nicht mehr nötig und es ist möglich, 100 Prozent des emittierten Lichts nutzen. Auch der Herstellungsprozess wird günstiger«, so Herold. Der Farbfilter unterdrückt bisher die Selbststrahlkraft der OLEDs, so dass nur circa 20 Prozent des emittierten Lichts genutzt werden können. Verantwortlich dafür sind zwei negative Effekte des verwendeten Filters: Zum einen unterdrückt sie jeweils zwei der drei Farbbereiche eines OLED-Subpixels, zum anderen dunkelt sie als zusätzliche – über den OLEDs angebrachte – Schicht das erzeugte Licht automatisch ab.

Smartphones halten länger durch

Doch die OLED strahlen nicht nur heller, der neue Produktionsprozess ist auch günstiger. Farbfilter sind sehr teuer zu fertigen. Sie müssen je nach Anwendung speziell designt sein, aus geeigneten Materialien bestehen und richtig montiert werden. Verrutscht der Filter zum Beispiel, kann sich das negativ auf die Bildqualität auswirken. »Schlussendlich profitiert auch der Konsument: Wir alle wissen, dass unsere mobilen Geräte wie Smartphones und Digitalkameras täglich viel Energie verbrauchen. Je weniger für die farbige Darstellung auf den Displays verloren geht, desto länger halten unsere Akkus fürs Telefonieren, Surfen oder Fotografieren«, schließt Herold.