Vom 04.-06.09.2012 fanden die 8. Thementage Grenz- und Oberflächentechnik statt. Am 04.09.2012 hielt Dr. Gotthard Weißflog, Manager des Netzwerks OLAB, einen Vortrag zum Thema "Organische Leuchtdioden - Barriereschichten und optische Auskopplung".
Organische Leuchtdioden - Barriereschichten und optische Auskopplung
Dr.-Ing. Gotthard Weißflog,
OLED-Netzwerk OLAB, TIP Jena GmbH, Wildenbruchstraße 15, D-07745 Jena, Deutschland
Technology Project Development, Ingenieurbüro TPD, Hinter dem Spielberge 10, D-07751 Jena, Deutschland
Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Organische Leuchtdioden (OLED) sind eine neuartige Lichtquelle, die im Unterschied zum Grundaufbau der inzwischen weit verbreiteten (anorganischen) LED eine oder mehrere lichtemittierende Polymerschichten enthalten. Zur Verbesserung des Ladungsträgertransports und der Ladungsträgerinjektion sind noch weitere Layer zwischen der Kathode und Anode integriert.
Gegenstand des Vortrages soll jedoch nicht die Funktionsweise der OLEDs mit ihrem internen Schichtaufbau sein. Hierzu gibt es zahlreiche Veröffentlichungen und internationale Fachkonferenzen.
Grenz- und Oberflächentechnik und dünne Schichten in der Optik sind von grundsätzlicher Bedeutung für heutige und zukünftige Herausforderungen zur Anwendung der OLEDs. Zwei Themen, die für hierfür von großer Bedeutung sind, werden im Folgenden aufgeführt.
Wesentliche Voraussetzung für eine hohe Lebensdauer der OLED sind geeignete Barriereschichten. Durch das Eindringen geringster Mengen von Sauerstoff bzw. Wasser kommt es bereits zur Degradation der lichtemittierenden Schichten. Durch eine geeignete interne und externe optische Lichtauskopplung kann die Lichtausbeute mindestens verdoppelt werden.
Die prognostizierte Marktentwicklung der OLEDs für Displays und Licht ist enorm. Bei OLED-Displays ist längst der US $ Milliardenmarkt überschritten worden. Besonderes Highlight wird in diesem Jahr der kommerziell verfügbare 55“ OLED-TV von LG sein, der die nächste „TV-Evolution“ einleiten wird.
Anders als bei den Displays, die fast ausschließlich in Asien entwickelt und hergestellt werden, kann bei der OLED-Beleuchtung in Deutschland eine Marktführerschaft entstehen. Hierfür sprechen die großen Anstrengungen und ersten Pilotfertigungsanlagen von Philips Ligthing, OSRAM und dem Fraunhofer Verbund COMED, welche vorbildlich von der Leitinnovation des Bundes „OLED 2015“ unterstützt worden sind.
Bei den Anwendungsentwicklungen, zukünftigen Produktionsverfahren (Roll-to-Roll, inkjet printing) und flexiblen OLED-Bauelementen gibt es noch große Herausforderungen, bei denen insbesondere Barriereschichten eine Schlüsselrolle spielen werden.
Barriereschichten – Problemstellungen, Ergebnisse und Forschungsherausforderungen
Bei den Standard-Bauelementen wird bisher dünnes Glas, welches aus der TFT-LCD Displayindustrie bekannt ist, angewendet.
Chemische Herausforderungen:
- Die Durchlässigkeitssperre von Wasser durch die Barriereschicht ist extrem hoch, WVTR < 10 -6 g/ m² / über 24 h und OTR < 10 -3 cm³ / m² / pro über 24 h.
- Die Barriereschicht muss widerstandsfähig beim Fertigungsprozess sein.
- Die Barriereschicht muss stabil während der gesamten Lebensdauer der OLEDs sein.
- Die Barriereschicht muss flexibel sein (flexible OLED).
Mechanische Herausforderung:
- Handhabung ohne Verlust der Barriereleistung.
Optische Herausforderung:
- Die Barriereschicht muss transparent von 400 nm bis 700 nm sein und bleiben.
Bis auf Glas (beschränkt flexibel ab ca. 200 Mikrometer Dicke) treffen bisher organische und anorganische Standardlayer diese Herausforderungen nicht.
Die Firmen 3M, Vitex, GE, Terra Barriere, CPI-PETEC, Corning “Flexible Glass” forschen auf diesem Gebiet und bieten erste Muster an.
Das Marktforschungsinstitut NanoMarkets erwartet hier in 2018 einen Umsatz von 850 Mio. US $ (veröffentlicht Juni 2012).
Optische Auskopplung -– Problemstellungen, Ergebnisse und Forschungsherausforderungen
Bei der optischen Auskopplung unterscheidet man zwischen der internen und externen Auskopplung, mit dem ITO/Organic Mode und Substratmode und Air Mode. Unterschiedliche Lösungsansätze werden untersucht, bereits angewendet und weiterentwickelt (u.a. Nanowire Arrays, Low-index grids, Internal Scattering, High index und Spheralsubstrate, External microlens arrays with different structures).
Durch die fortschreitende Entwicklung des OLED-Schichtenaufbaus sind weitere Optimierungen und Ansätze zu erwarten.
Um die angestrebten Lichtausbeute von > 100 lm/W zu erreichen, kommt der optischen Auskopplung eine Schlüsselrolle zu.
Kommerziell bietet z.B. die Firma 3M Auskoppelfolien an.
OLED - Netzwerk OLAB (www.oled-olab.net)
Das enorme Potenzial bei der Anwendung von OLEDs für Beleuchtung auch für mittelständische Firmen zu erschließen, ist das Ziel des beim Technologie- und Innovationspark Jena angesiedelten Netzwerkes OLAB. Die Mitglieder sind 15 Firmen und Forschungseinrichtungen, deren Kompetenzen entlang der Wertschöpfungskette liegen. Hauptpartner ist die Philips Lighting GmbH aus Aachen, als Weltmarktführer beim Aufbau einer Massenproduktion.
Auf diese Kompetenzen baut OLAB auf, um Nischenprodukte für den Mittelstand zu entwickeln. Ein Produktionsstandort für customized OLED-Module in Ostthüringen soll entstehen. Die Anwendungsfelder für diese OLEDs ergeben sich unter anderem als neuartige Lichtquelle für die Bildverarbeitung, Medizin, für automotive oder Möbel.
OLAB ist für das Bundeswirtschaftsministerium ein ZIM-Erfolgsbeispiel gelungener Netzwerkförderung. Eine gemeinsame Projektarbeit wurde gestartet und der Aufbau eines innovativen Wachstumskerns ist die mittelfristige Zielstellung.
