Beispiele für bisher erstellte individuelle OLEDs
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Über OLEDs
Verwendung und Auswahl organischer Materialien
Für die aus Polymeren gefertigten organischen LEDs hat sich die Abkürzung PLED (engl. polymer light emitting diode) durchgesetzt. Als SOLED oder SMOLED werden seltener die aus „small molecules“ (kleinen Molekülen) hergestellten OLEDs bezeichnet. In PLEDs werden als Farbstoffe häufig Derivate von Poly(p-phenylen-vinylen) (PPV) verwendet. 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).[1]
Diese Moleküle werden auch Triplett-Emitter genannt;[2][3] der Farbstoff kann auch durch das Umgebungslicht angeregt werden, was zu Lumineszenz führen kann. Ziel ist es allerdings, selbstleuchtende Bildschirme herzustellen, die die organische Elektrolumineszenz nutzen.[4]
Vorteile
Gedruckte OLED-Zeile, mit einer Batterie zum Leuchten gebracht
Ein Vorteil von OLEDs gegenüber den herkömmlichen Flüssigkristallbildschirmen (LCDs) ist der sehr hohe Kontrast, da sie ohne Hintergrundbeleuchtung auskommen: schwarze Pixel emittieren kein Licht. Während LCDs nur als farbige Filter wirken und im Dunkelzustand trotzdem etwas Licht durchscheint, emittieren OLEDs farbiges Licht nur bei Ansteuerung, was auch sehr gute Farbdarstellung verspricht. Dieses Verfahren ist deutlich effizienter, wodurch OLEDs, speziell bei der Darstellung dunkler Bilder, weniger Energie benötigen. Aus diesem Grund werden OLED-Geräte weniger warm als entsprechende Geräte mit LC-Bildschirmen, obschon durch die Umstellung von Kaltkathodenröhren auf LEDs für die LCD-Hintergrundbeleuchtung der Energieaufwand für Flüssigkristallbildschirme gesenkt wurde. Durch den geringen Energiebedarf können OLEDs gut in kleinen, tragbaren Geräten eingesetzt werden, beispielsweise Notebooks, Handys und MP3-Playern. Aufgrund der nicht benötigten Hintergrundbeleuchtung ist es möglich, OLEDs sehr dünn zu gestalten. Ein auf der „Display 2008“ vorgestelltes Modell von Sony hat eine Tiefe von lediglich 0,3 Millimetern.[5]
Die Reaktionszeit (engl. response time) von OLED-Bildschirmen liegt bei einigen Geräten unter 0,001 Millisekunden (1 Mikrosekunde)[6] und ist damit um rund das 1000-fache schneller als das aktuell schnellste LCD mit einer Millisekunde.
OLEDs lassen sich industriell nicht nur unter teuren Vakuum- und Reinraum-Bedingungen fertigen. Ein weiterer Vorteil beruht auf der Alternative, OLEDs in Masse und großflächig kostengünstig auch auf drucktechnischem Wege herstellen zu können, was bei klassischen LEDs nicht und bei elektronischen Bauelementen und Systemen nur selten der Fall ist. Der Kostenvorteil ergibt sich daraus, dass die elektrisch leitenden farbgebenden Schichten in einem modifizierten Tintenstrahldruckverfahren oder neuerdings auch im Offsetdruck aufgebracht und ebenfalls ohne Vakuum-Aufdampfen anschließend beschichtet werden können. Führend auf diesem Gebiet der löslichen OLED-Materialsysteme sind DuPont[7][8] und Merck.[9] Die ersten OLEDs wurden unter Laborbedingungen bereits 1987 gedruckt. Leitmesse mit Kongress für die gedruckte Elektronik ist jährlich die LOPEC Messe in München.[10] Auf der Drupa 2012, Leitmesse der Druckindustrie, wurden u. a. gedruckte OLEDs als Milliardenmarkt identifiziert.
Nachteile
Das größte technische Problem stellt die vergleichsweise geringe Lebensdauer mancher aus organischen Materialien bestehenden Bauelemente dar. Bei (O)LEDs bezeichnet man als Lebensdauer die mittlere Betriebszeit, nach der die Leuchtdichte auf die Hälfte abgesunken ist. Für weiße Lichtquellen und Monitore ist für die insgesamt nutzbare Lebensdauer die der blauen Komponente begrenzend. 2011 wurden für weiße Lichtquellen 5.000 Stunden (bei 1000 cd/m²)[12] und 12.000 Stunden (bei 100 cd/m²)[13] angegeben. (Wir bei yourOLED.com verwenden OLEDs mit einer Lebensdauer von über 30.000 Stunden)
Allerdings müssen bei den offiziellen Angaben zur Lebensdauer von OLED-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 OLEDs betrieben werden (können). Eine gut gekühlte OLED (egal welcher Farbe) mit geringer Anfangsleuchtstärke hat also immer eine sehr viel höhere Lebensdauer als eine OLED, die ohne Kühlung von Anfang an mit der maximalen Leuchtstärke betrieben wird. Zudem wird die Lebensdauer meist theoretisch aus dem kürzesten Wert extrapoliert: Da es kaum praktikabel ist, ein OLED-Material zehn- oder gar hunderttausende von Stunden bei mittlerer oder geringer Leuchtstärke zu testen, verwendet man die Lebensdauer bei maximaler Leuchtkraft und rechnet diese auf die geringeren Leuchtstärken um. Dass der Boom bei OLED-Monitoren bis jetzt ausgeblieben ist, hat vor allem mit diesen Lebensdauer- und Qualitätsunterschieden bei OLED-Farben und -Materialien zu tun.
Ebenso wie Wasser kann auch Sauerstoff das organische Material zerstören. Daher ist es wichtig, das Bauelement zu verkapseln und vor äußeren Einflüssen zu schützen. Die nötige starre, anorganische Verkapselung beeinträchtigt die Flexibilität. Mittlerweile sind die organischen Materialien jedoch deutlich resistenter gegen Wasser und Sauerstoff als frühere Versionen. Durch Korrosion ist vor allem die hochreaktive Injektionsschicht aus Calcium und Barium gefährdet. Typische Versagenserscheinungen sind kreisrunde, wachsende nichtleuchtende Bereiche, sogenannte „Dark Spots“. Ursache 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.
Kommerzielle OLEDs auf flexiblem Substrat befinden sich erst in der Einführungsphase, da alle flexiblen Kunststoffsubstrate eine hohe Durchlässigkeit für Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit aufweisen. Dünnstglas (Glas mit einer Dicke von höchstens etwa 0,2 mm) ist in der Verarbeitung schwer handhabbar, außerdem ist das Anodenmaterial Indiumzinnoxid ein Hartstoff und daher spröde. Wiederholtes Ein- und Ausrollen um einen geringen Radius führt zum Brechen und schnellem Versagen (Widerstandsanstieg) der Anode.