OLED. OLED - die organische Leuchtdiode

Transkript

1 - die organische Leuchtdiode Eine (organische Leuchtdiode -englisch organic light emitting diode) ist ein leuchtendes Dünnfilmbauelement aus organischen halbleitenden Materialien, welches sich von den normalen LEDs (anorganischen Leuchtdioden - LED) dadurch unterscheidet, dass Stromdichte und Leuchtdichte geringer sind und keine einkristallinen Materialien erforderlich sind. Im Vergleich zu herkömmlichen (anorganischen) Leuchtdioden lässt sich die, also die organische Leuchtdioden daher kostengünstiger herstellen, ihre Lebensdauer ist jedoch derzeit geringer als die herkömmlicher Leuchtdioden. Die -Technologie wird vorrangig für Bildschirme (z. B. Fernseher, PC-Bildschirme, Monitore) und Displays eingesetzt. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die großflächige Raumbeleuchtung. Aufgrund der Materialeigenschaften ist eine mögliche Verwendung der als biegsamer Bildschirm und als elektronisches Papier möglich. Die Technologie fast ein Viertel Jehrhundert nach der Entdeckung vor dem kommerziellen Durchbruch. Laut einer Studie des US-Marktforschungsunternehmens Displaysearch soll der Umsatz mit -Displays von 500 Mio. US-$ im Jahr 2004 auf knapp 7 Mrd. US-$ 2016 steigen. Erste wissenschaftliche Berichte über die Elektrolumineszenz in organischen Materialien datieren aus dem Jahr Alles begann damit als 1987 Kodak und kurz danach Pioneer sich entschlossen, in diese Zukunftstechnologie zu investieren. Richtig in Schwung kam die Entwicklung, nachdem 1990 entdeckt wurde, dass sich konjugierte Polymere wie Poly(p-phenylenvinylen) für den Einsatz in organischen Leuchtdioden eignen. 1 / 7

2 Video über Sendung mit der Maus - S {youtube}e-uut3r27cg{/youtube} Organische Leuchtdioden als Beleuchtungstechnik der Zukunft? Die Sendung mit der Maus hat einen Beitrag zu dem Thema ausgestrahlt. Aufbau und Funktionsweise der Die ist aus mehreren organischen Schichten aufgebaut. Dabei wird zumeist auf die Anode, bestehend aus ITO (Indium-Zinn-Oxid), die sich auf einer Glasscheibe befindet, eine Lochleitungsschicht (HTL{engl. hole transport layer}) aufgebracht. Zwischen ITO und HTL wird abhängig von der Herstellungsmethode oft noch eine Schicht aus PEDOT/PSS (Poly(3,4-ethylendioxythiophen)/Polystyrolsulfonat) aufgebracht, die zur Absenkung der Injektionsbarriere für Löcher da ist und die Eindiffusion von Indium in den Übergang verhindert. Auf die HTL wird eine Schicht aufgebracht, die entweder den Farbstoff enthält (ca %) oder selten vollständig aus dem Farbstoff (z. B. Aluminium-tris(8-hydroxychinolin), Alq3) besteht. Diese Schicht wird als Emitterschicht (engl. emitter layer, EL) bezeichnet. Auf diese wird optional noch eine Elektronenleitungsschicht (engl. electron transport layer, ETL) aufgebracht. Zum Abschluss wird eine Kathode, bestehend aus einem Metall oder einer Legierung mit geringer Elektronenaustrittsarbeit wie zum Beispiel Calcium, Aluminium, Barium, Ruthenium, Magnesium-Silber-Legierung, im Hochvakuum aufgedampft. Als Schutzschicht und zur Verringerung der Injektionsbarriere für Elektronen wird zwischen Kathode und E(T)L meistens eine sehr dünne Schicht aus Lithiumfluorid, Caesiumfluorid oder Silber aufgedampft. 2 / 7

3 Die Elektronen (negativ geladene Teilchen) werden nun von der Kathode injiziert, während die Anode die Löcher (positive Ladung) bereitstellt. Loch und Elektron driften aufeinander zu und treffen sich im Idealfall in der Emitterschicht, weshalb diese Schicht auch Rekombinationsschicht genannt wird. Elektronen und Löcher bilden einen gebundenen Zustand, den man als Exziton bezeichnet. Abhängig vom Mechanismus stellt das Exziton bereits den angeregten Zustand des Farbstoffmoleküls dar, oder der Zerfall des Exzitons stellt die Energie zur Anregung des Farbstoffmoleküls zur Verfügung. Der Farbstoff hat unterschiedliche Anregungszustände. Der angeregte Zustand kann in den Grundzustand übergehen und dabei ein Photon (Lichtteilchen) aussenden. Die Farbe des vom ausgesendeten Lichts hängt vom Energieabstand zwischen angeregtem und Grundzustand ab und kann durch Variation der Farbstoffmoleküle gezielt verändert werden. Ein Problem stellen nichtstrahlende Triplett-Zustände dar. Diese können durch Zugabe von sogenannten Exzitoren wieder gelöst werden. Video zum Thema Fraunhofer IAP {youtube}kiikcy9bekk{/youtube} Das Frauenhofer Institut forscht im Bereich der Organic Light Emitting Diodes () und entwickelt neue Polymermaterialien und Basisprozesse, mit denen die zukunftsweisende Technologie umgesetzt werden kann. Verwendung und Auswahl organischer Materialien in der 3 / 7

4 s aus Polymeren gefertigten organischen LEDs () hat sich die Abkürzung PLED (engl. polymer light emitting diode) durchgesetzt. Als SM oder S werden seltener die aus small molecules (kleinen Molekülen) hergestellten s bezeichnet. In PLEDs werden als Farbstoffe häufig Derivate von Poly(p-phenylen-vinylen) (PPV) verwendet. Seit nicht kurzer langer Zeit werden Farbstoffmoleküle eingesetzt, die eine vierfach höhere Effizienz als mit den oben beschriebenen fluoreszierenden Molekülen erwarten lassen. Bei diesen effizienteren s werden metall-organische Komplexe verwendet, bei denen die Lichtaussendung aus Triplett-Zuständen erfolgt (Phosphoreszenz). Diese Moleküle werden auch Triplett-Emitter genannt; der Farbstoff kann übrigens auch durch Licht angeregt werden, was zur Lumineszenz führen kann. Ziel des ist es hier allerdings, selbstleuchtende Bildschirme herzustellen, die die organische Elektrolumineszenz nutzen. Video zum Thema - Die Revolution des Lichts {youtube}31wjpk6o07w{/youtube} 4 / 7

5 Leuchtende Tapeten, aufrollbare Displays und Glasfenster, die Strom produzieren können. All das wird in der Welt der organischen Leuchtdioden () möglich sein. In Dresden sitzen die Köpfe hinter dieser Revolution. Vorteile der Ein Vorteil von, -Bildschirmen gegenüber den herkömmlichen Flüssigkristallbildschirmen ist der sehr hohe Kontrast, da sie ohne Hintergrundbeleuchtung auskommen: Während LCDs nur als farbige Filter wirken, emittieren s farbiges Licht, was eine bessere Farbdarstellung bringt. Dieses Verfahren ist deutlich effizienter, wodurch s deutlich weniger Energieeinsatz benötigen. Aus diesem Grund werden -TV-Geräte weniger warm als LC-Bildschirme, bei denen ein Großteil der für die Hintergrundbeleuchtung benötigten Energie in Wärme umgesetzt wird. Durch den geringen Energiebedarf können s gut in kleinen, tragbaren TV-Geräten eingesetzt werden, beispielsweise Notebooks, Handys und MP3-Playern. Aufgrund der nicht benötigten Hintergrundbeleuchtung ist es möglich, s sehr dünn zu gestalten. 5 / 7

6 Die Reaktionszeit (response time) von -Bildschirmen liegt bei einigen Geräten unter 0,001 Millisekunden (1 Mikrosekunde)[5] und ist damit um ca. das fache schneller als der aktuell schnellste LCD mit 1 Millisekunde. Nachteile der Das größte technische Herausforderung stellt die derzeit vergleichsweise geringe Lebensdauer mancher aus organischen Materialien bestehenden Bauelemente dar. Bei s bezeichnet man als Lebensdauer die mittlere Betriebszeit, nach der die Leuchtdichte auf ca. 50% abgesunken ist. Für weiße Lichtquellen und Bildschirme ist für die insgesamt nutzbare Lebensdauer die der blauen Komponente begrenzend. Zurzeit (Stand 2011) werden für weiße Lichtquellen 5000 Stunden (bei 1000 cd/m²)[6] und Stunden (bei 100 cd/m²) angegeben. Allerdings müssen bei allen offiziellen Angaben zur Lebensdauer von -Materialien mehrere wichtige Aspekte beachtet werden: Die (maximal mögliche oder im Verhältnis dazu verringerte) Anfangshelligkeit, bei der die Lebensdauermessung beginnt, die Zeit bis zum Abfall der Leuchtstärke auf 50 Prozent dieses Anfangswertes sowie die unterschiedlichen Temperaturen, bei der die s betrieben werden können. Eine vernünftig gekühlte mit geringer Anfangsleuchtstärke hat also immer eine sehr viel höhere Lebensdauer als eine, die ohne Kühlung von Anfang an mit der maximalen Leuchtstärke betrieben wird. Zudem wird die Lebensdauer der zumeist theoretisch aus dem kürzesten Wert extrapoliert: Da es kaum praktikabel ist, ein -Material zehn- oder gar hunderttausende von Stunden bei mittlerer oder geringer Leuchtstärke zu testen, verwendet man die Lebensdauer bei maximaler Leuchtkraft und rechnet 6 / 7

7 diese auf die geringeren Leuchtstärken um. Dass der Boom bei -Monitoren bis jetzt ausgeblieben ist, hat vor allem mit diesen Lebensdauer- und Qualitätsunterschieden bei -Farben und -Materialien zu tun. Genau wie Wasser (H2O) kann auch Sauerstoff (O) das organische Material zerstören. Es ist daher wichtig, das Bauelement zu verkapseln und vor äußeren Einflüssen zu schützen. Die nötige starre, anorganische Verkapselung beeinträchtigt die Flexibilität. Die organischen Materialien sind jedoch mittlerweile deutlich resistenter gegen Wasser und Sauerstoff als frühe Versionen. Durch Korrosion ist daher vor allem die hochreaktive Injektionsschicht aus Calcium und Barium gefährdet. Typische Ausfallerscheinungen sind hierbei kreisrunde, wachsende nichtleuchtende Bereiche, sogenannte Dark Spots. Die Ursache hierfür ist häufig eine Partikelbelastung beim Aufdampfen der Metallschichten. Auch die mikroskopischen Kanten der Mehrschichtstruktur werden durch Korrosion unterwandert, was zur Abnahme der effektiv leuchtenden Pixelfläche bei Bildschirm-Anwendungen führt. Mehr zum Thema auf Wikipedia Bildquelle: English Wiki - Urheber: meharris {backbutton} 7 / 7