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Superflache Bildschirme mit organischen Leuchtdioden

04.12.2000 | 00:00 Uhr |

Die von Kodak und Sanyo im Oktober 1999 begonnene Kooperation zur Entwicklung von OLED-Bildschirmen trägt erste Früchte: Auf der Comdex haben die beiden Unternehmen millimeterdünne 2,5- und 5,5-Zoll-Displays mit Aktivmatrix aus organischen Leuchtdioden vorgestellt. Die revolutionäre Technik könnte dereinst LCD-Technologien ablösen.

Nicht nur stolze Besitzer des Apple Cinema Display wissen von den Nachteilen der Flüssigkristallbildschirme (Liquid Crystal Display, LCD). Rund achttausend Mark kostet derzeit der flache 22-Zöller, dessen Bild man aus einem Winkel von über 30 Grad betrachtet kaum noch erkennt und das, solange sich die Hintergrundbeleuchtung nicht gleichmäßig erwärmt hat, in der Mitte dunkler als in den Außenbereichen ist. Zwar birgt der Transport des Flachbildschirm für einen Bandscheibenvorfall geringere Risiken, als wenn man einen 22-Zoll-CRT spazieren trägt, ein Leichtgewicht, das man unter den Arm klemmt, ist er jedoch auch nicht. Und wehe, es bricht das Glas! Eine Reparatur ist dann nicht mehr möglich.

Als Alternative zur LCD-Technologie treiben in ihren Forschungslabors Kodak und Sanyo die OLED-Technologie voran. OLED steht für Organic Light Emitting Diode, für organische Halbleiter also, die Licht emittieren, wenn man eine Spannung an sie anlegt.
OLED-Displays weisen gegenüber herkömmlichen Flachbildschirmen einige Vorteile auf:
Die Lichtausbeute ist wesentlicher höher. Dadurch ist es möglich, die Spannung für das Display auf zwei bis zehn Volt zu reduzieren.Daraus folgt geringerer Energieverbrauch. Einen weiteren Ökopunkt verdienen sich OLEDs dadurch, dass sie keine Hintergrundbeleuchtung benötigen. Etwa die Hälfte der von einem LCD verbrauchten Energie schlucken die Lampen hinter dem Display.In einem Winkel von bis zu 160 Grad gewähren OLEDs EinblickOLEDs lassen sich schneller als LCD-Zellen ansteuern, die Reaktionszeit liegt in der Größenordnung einer tausendstel Sekunde. Gerade für die Darstellung bewegter Bilder ist dies von VorteilDie leuchtende Schicht ist extrem dünn und elastisch. Denkbar wären auf leitende Folien aufgebrachte OLEDs, die man zusammenrollen kann

Flüssigkristalle im Glassandwich

Die flüssigen Kristalle in LCDs leuchten nicht selbst, sondern dienen lediglich als Filter für das von der Hintergrundbeleuchtung ausgestrahlte Licht. Vereinfacht geschieht in jedem Pixel des LCDs folgendes: Der zwischen zwei Glasplatten angebrachte Kristall dreht sich unter Einwirkung eines angelegten elektrischen Feldes um 90 Grad. Da sowohl das Substrat als auch die vordere Glasplatte als Polarisationsfilter dienen und nur eine bestimmte Schwingungsebene des Lichts durchlassen, stehen die beiden Polarisationsebenen nun senkrecht aufeinander - und absorbieren das Licht vollständig. In einer TFT-Aktivmatrix verfügt jedes Pixel über einen eigenen Halbleiter-Transistor, der das Verhalten des Kristalls steuert. Die Produktion eines TFT-Bildschirms lässt sich also durchaus mit der eines Chips vergleichen: In ein Silizium-Substrat werden Leiterbahnen geätzt. Mit zunehmender Größe gestaltet sich die Herstellung schwieriger, weswegen sich das Cinema Display als Gigant unter den Flüssigkristallmonitoren rühmen darf.

Mehr Licht aus Kettenmolekülen

Die Lichtquelle eines OLED-Displays besteht aus organischen Polymeren, kohlenstoffhaltigen Kettenmolekülen, die Ladungstransport unter bestimmten Voraussetzungen erlauben. Wesentlich in diesen Polymeren ist die "konjugierte Bindung" der Kohlenstoffatome, Einfach- und Doppelbindungen wechseln sich stets ab. In jedem zweiten Kettenglied bleibt jeweils ein Elektron frei, diese finden in Orbitalen Platz, die sich entlang der Kette teilweise überlappen und dem Material Eigenschaften eines Metalls oder eines Halbleiters verschaffen.
Eine OLED-Struktur ist aus mehreren Schichten aufgebaut. Als Anode dient eine auf einem Glassubstrat aufgebrachte Indium-Zinn-Oxid-Schicht (ITO), als Gegenpol verwendet man eine dünne Metallfolie. In der der Anode zugewandten Polymer-Schicht herrscht ein Übergewicht positiver Ladungsträger, sogenannter "Löcher", während das an die Kathode grenzende organische Material einen Überschuss an negativ geladenen Elektronen aufweist. Legt man nun eine zur Struktur senkrechte Spannung an, rekombinieren Elektronen und Löcher in einer Licht emittierenden Polymer-Schicht (Light emitting polymer, LEP). Fügt man dieser gezielt fluoreszierende Materialien hinzu, erhöht sich nicht nur die Lichtausbeute, sondern man bestimmt mit dieser Dotierung die Wellenlänge und damit die Farbe des ausgesandten Lichts. Die Gesamtdicke der Struktur entspricht etwa der Lichtwellenlänge und liegt unter 200 Nanometern (1 Nanometer (nm) = ein milliardstel Meter). Aktive Ansteuerung der Bildelemente gewährleisten Kettenmoleküle aus Silizium. Das dem Kohlenstoff ähnliche Element lässt sich zu extrem dünnschichtigen Transistoren mit hoher Leitfähigkeit verarbeiten, man spricht von Polysilicon-Technologie, die in OLEDs Anwendung findet.
Experten schätzen, dass die Produktionskosten für OLED-Displays bis zu 20 Prozent geringer als für LCDs sein werden, wenn die Technik in Massenproduktion ginge.

Erste Geräte mit Aktivmatrix

Bereits heute finden aktive OLEDs Anwendung in Displays - wenn auch bislang nicht als Computerbildschirm. Gerade ihr geringes Gewicht und ihre Robustheit macht OLEDs attraktiv für mobile Geräte: Handys, digitale Videokameras und PDAs. Erste Mobiltelefone mit OLED sind von Motorola und Sanyo erhältlich, der Hersteller von Unterhaltungselektronik Pioneer schreitet mit dem Autoradio DEH-P7100R mit OLED-Display der Industrie voran.
Es wird jedoch noch einige zeit vergehen, bis man seinen Monitor wie einen Teppich an die Wand hängen kann.

Peter Müller

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