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OLED-Displays: Der Fernseher als Tapete

Montag, 19. Januar 2009: Fast ein Vierteljahrhundert ist es bereits her, dass die Kodak Wissenschaftler Ching Tang und Steven Van Slyke die fluoreszierenden Eigenschaften von Polymeren in einem Laborversuch entdeckten. Heute arbeitet eine Heerschar von Wissenschaftlern zahlreicher Unternehmen und Forschungsinstitute in aller Welt fieberhaft an der Weiterentwicklung dieser Technologie, die Plasma- und LCD-Bildschirme ablösen soll.

Der erste 15“ OLED-Bildschirm von Kodak und Sanyo

Vergleich der Farbwiedergabe und Brillanz von Displays auf LED und OLED Basis

Im Dienste seiner Majestät rasierte sich James Bond mit einem Elektrorasierer

mit OLED-Anzeige von Philips

Schematischer Vergleich des Aufbaus von TFT und OLED Displays

Beispiel für e-Ink Displays von Philips

Die Suche nach neuen Leuchtstoffen

Experten sind davon überzeugt, dass organische Leuchtdioden (OLED) schon bald den Markt für Displays revolutionieren werden. Kodak hat bereits eine Digitalkamera mit einem 2,5 Zoll großen Display herausgebracht. Es begeistert durch seine Farbbrillanz, Helligkeit und Schärfe. Auch Handys mit farbigen OLED-Displays sind bereits vorgestellt worden. Von Pioneer gibt es Handys und Autodisplays und Philips hat sogar einen elektrischen Rasierapparat mit OLED-Display vorgestellt, den James Bond höchstpersönlich in dem Film „Stirb an einem anderen Tag“ benutzte. Prototypen von größeren Bildschirmen mit Diagonalen von über 15“ haben Kodak und Sanyo, die derartige Displays gemeinsam entwickeln und fertigen wollen, ebenfalls bereits gezeigt.

Vieles spricht dafür, zumal die anfänglichen Schwierigkeiten, die vor allem die Lebensdauer der organischen Leuchtdioden betrafen, mit den im Sommer von Kodak angekündigten Basismaterialien der dritten Generation weitgehend ausgeräumt zu sein scheinen. 

Neben Kodak und Sanyo widmen sich Unternehmen wie Dupont, Samsung, NEC oder Siemens der Weiterentwicklung dieser zukunftweisenden Displaytechnologie. Auch das deutsche Fraunhofer Institut betreibt, unterstützt durch Fördermittel der Bundesrepublik, intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeiten auf diesem Gebiet.

Bei einem Laborexperiment beobachteten erstmals die Kodak Forscher Ching Tang und Steve Van Slyke, nachdem sie an einen dünnen Polymerfilm des organischen Moleküls Poly-Phenylen-Vinylen eine elektrische Spannung angelegt hatten, ein intensives Leuchten. Das Besondere an diesem Experiment war der Beweis, dass sich nicht, wie bis dahin angenommen, nur anorganische Substanzen, sondern auch organische Kunststoffe zur Erzeugung von Elektrolumineszenz eignen. 

Diese Tatsache inspirierte die gesamte Industrie zu Zukunftsvisionen, die weit über die Nutzung für Bildschirme als Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine hinausgehen. So träumt Wolfgang Rogler vom Erlanger Forschungszentrum der Siemens Zentralabteilung Technik von der Realisierung einer elektronischen Zeitung, auf deren flexiblen Folienbildschirmen sich jede gewünschte Veröffentlichung aufrufen lässt. Inzwischen hat ein anderes Unternehmen, nämlich der Wettbewerber Philips, anhand des Prototypen eines elektronischen Buches gezeigt, dass sich nicht nur Texte und Grafiken,sondern auch Videosequenzen als Illustration zum Text elektronisch wiedergeben lassen. Das dabei zur Anwendung gelangte Verfahren hat der Konzern e-Ink, elektronische Tinte, genannt. Der große Nachteil der zur Zeit üblichen anorganischer Leuchtdioden gegenüber den organischen liegt in ihrer relativ kleinen Leuchtfläche. Außerdem ist die Nutzung von gewölbten oder flexiblen Trägern nicht möglich. Leuchtdioden auf Basis organischer Halbleiter haben einerseits den Vorteil, dass sich durch die chemische Variabilität organische Leuchtdioden mit praktisch allen Farben herstellen lassen und dass auf Grund des Dünnschichtensystems organische Leuchtdioden großflächig auch auf flexiblen Substraten aufgebracht und beliebig geformt werden können. Forscher sprechen davon, dass sie sich praktisch mit Verfahren ähnlich dem Tintenstrahldruck auftragen lassen. Allerdings – so geben sich die Forscher am Fraunhofer Institut skeptisch – bestünde trotz intensiver weltweiter Forschung noch immer ein erheblicher Optimierungsbedarf hinsichtlich des Bauteilaufbaus und der Entwicklung effizienter Fertigungsverfahren. Das Institut für Photonische Mikrosysteme innerhalb des Fraunhofer Instituts ist bereits in der Lage, OLEDs, die sowohl von Substrat weg als auch hindurch ihr Licht abstrahlen, kundenspezifisch zu entwickeln und auch in kleineren und mittleren Stückzahlen herzustellen. Zusammen mit weiteren Partnern aus den Forschungslaboren von Universitäten und der Industrie verfolgt es innovative Forschungs- und Entwicklungsprojekte in Bezug auf neuartige Fertigungstechnologien für Mikrodisplays und Ansteuerungsschaltungen für OLEDs. 

Viele Hersteller haben inzwischen eigene Marken für OLED-Produkte eingeführt. So nennt Philips seine OLED-Technologie PolyLed, Osram Pictiva und bei Dupont spricht man von Olight.

Bei der zum Siemens Konzern gehörenden Osram Opto Semiconductors, die Optoelektronik Sparte von Osram, forscht man schon lange in Richtung OLED. Dort hat Bernhard Stapp, Leiter der Forschung und Entwicklung, ein videotaugliches, brillant leuchtendes Display vorgestellt. Das Unternehmen betreibt in Penang, Malaysia eine Produktionsstraße für OLEDs, die jährlich rund 30.000 Quadratmeter Glasfläche in OLEDs verwandeln kann. Das sind zwar keine für vollfarbige Videoanwendungen geeigneten Displays, sondern Anzeigen in gelbgrün, die sich durch große Robustheit und eine lange Lebensdauer von bis zu 15.000 Betriebsstunden auszeichnen. Während Flüssigkristallbildschirme nur aus bestimmten Betrachtungswinkeln ein gutes Bild zeigen, wirken OLED-Displays aus allen Winkeln gestochen scharf, brillant und kontrastreich. Außerdem sind sie selbstleuchtend und reagieren praktisch verzögerungsfrei, so dass sie sich auch hervorragend für die Videowiedergabe mit schnellen Actionszenen eignen. Herkömmliche LCDs müssen hinterleuchtet werden. Die dafür aufzubringende Energie macht etwa 90 Prozent der gesamten Stromleistung aus, die für den Betrieb des Displays benötigt wird. Über die Hälfte dieser Energie schlucken dabei die Polarisationsfilter, die LCDs benötigen. 

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Aktiv- und Passivmatrix Displays. Während Passivmatrixanzeigen relativ einfach herzustellen sind, stellt sich der Fertigungsprozess von Aktivmatrix- Displays hochkomplex dar. Wegen des Verlustes in den elektrischen Leitungen lassen sich Passivmatrix-Anzeigen nur in geringen Größen bis etwa fünf Zentimeter Bildschirmdiagonale herstellen. Bei den Aktiv-Matrix-Bildschirmen wird jedes Pixel einzeln angesteuert, weswegen eine im Display integrierte Schaltung erforderlich ist. Dazu dienen Dünnfilmtransistoren, die allerdings noch relativ viel Strom verbrauchen. Vollfarbige Displays werden in der Regel aus Molekülen in Pulverform hergestellt, die jeweils in die benötigte Farbe abstrahlen. Rote, grüne und blaue Pixel ergeben dann in der entsprechenden Intensität den für einen Bildpunkt gewünschten Farbton. 

Bei Osram arbeiten jetzt Forscher daran, statt unterschiedlich farbige Polymeren ausschließlich weiße OLEDs zu verwenden und diese für die Vollfarbendarstellung mit farbigen Filtern zu versehen. Der Vorteil liegt im einfacherem Aufbau, da nur eine Sorte OLED-Material benötigt wird. Die Filtertechnik wäre praktisch die gleiche, wie sie bereits bei den LCD-Bildschirmen eingesetzt wird. Nachteile ergeben sich natürlich bei der Leuchtkraft, denn jedes Filter schluckt Licht. Das wiederum bedeutet mehr Strom oder Polymere mit größerer Leuchtkraft. Bei dem traditionellen Lampenhersteller Osram sieht man hier sogar ein weiteres Anwendungsgebiet für OLEDs als Leuchtkörper in Tapetenform. Theoretisch ließe sich damit sogar der Fernsehschirm oder der Computermonitor in die Tapete integrieren.

Noch ist das ein fernes Ziel. Die Basistechnologien sind aber vorhanden und zeigen den Weg dahin. Auf der diesjährigen Fachmesse der „Society for Information Displays“ (SID) in Baltimore, USA, zeigten die wichtigen Player der neuen Displaytechnologie erste Prototypen einer neuen Bildschirmgeneration. Gemeinsam mit International Display Technology stellte IBM einen Screen mit 50 cm Bildschirmdiagonale und Sony sogar einen mit 60 cm vor. Allerdings war das Sony Display noch aus vier Einzelpanels zusammengestellt.




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