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Trends in der IT

OLED – Stand der Forschung und Zukunft

Organic Light Emitting Diods (OLEDs) sind eine Innovation in der Display-
Technik und Flächenbeleuchtung. Sie unterstützen den Trend zu immer
größeren Bilddiagonalen, schonen aber zugleich den Stromverbrauch
mobiler Endgeräte. Zusätzlich verbessern OLED Displays auch die Bild-
qualität hinsichtlich Kontrast, Schwarzwerte und Blickwinkelunabhängig­
keit. Die Probleme dieser neuen Technologie liegen aktuell hauptsächlich
im unterschiedlichen Altern der verschiedenen Farben. Blau, als energie-
reichste Farbe von RGB – Displays, altert am schnellsten. Es gibt daher
viele Forscher, die eine Lösung für dieses Problem suchen.
Dieser Beitrag zielt darauf ab, die OLED Technik vorzustellen und
Anwendungsmöglichkeiten sowie Potenziale darzulegen.

 

Einleitung

Die Verwendung von Displays mit immer größeren Bilddiagonalen ist heutzutage eine Selbstver-
ständlichkeit. Die Schwierigkeit bei digitalen Anzeigen ist die Stromversorgung. Bei netzbetriebenen
Geräten ist die Stromversorgung kein Problem. Der einfachste Weg, ein elektronisches Gerät auch
im mobilen Einsatz betreiben zu können, ist die Verwendung eines Akkus. Dabei ist die Akku-Leis-
tung von großer Relevanz; die Komponenten eines mobilen Endgeräts sind daher so auszulegen,
dass der Akku möglichst wenig belastet wird. Das Display ist dabei ein großer Verbraucher.
Man sucht daher gerade bei mobilen Endgeräten nach neuen Möglichkeiten, um den
Energieverbrauch der Komponenten zu senken. Die Verwendung von leistungsstärkeren

Akkus stellen Ingenieure oft vor ein Platz- und Gewichtsproblem. Der hohe Strombedarf
bleibt bestehen. Aus diesem Grund ist es ein wichtiges Ziel, Displays zu entwickeln, die
einen geringeren Energieverbrauch haben.
Dieser Artikel zielt darauf ab, die OLED Technik vorzustellen und Anwendungsmöglich-
keiten sowie Potenziale darzulegen.
Zu Beginn des Beitrags wird kurz erläutert, wie eine OLED aufgebaut ist und funktio-
niert. Es wird ein Vergleich zu bereits bewährten LCD Displays gezogen und die Unterschie-
de erläutert. Anschließend wird auf bekannte Probleme eingegangen und wie sich diese
Probleme lösen lassen. Danach wird der Fokus auf Vielseitigkeit der OLED Displays gelegt
und aktuelle Beispiele von Innovationen erläutert. Am Ende des Beitrags erfolgt ein Fazit
bzw. Ausblick.

 

Grundlagen

Organic Light Emitting Diodes sind aus organischem Material gefertigte Leuchtdi-
oden, bestehend aus einer Metallkathode und einer – bei Einschicht-OLEDs – äußerst
dünnen Schicht eines elektrisch leitenden Polymers (Organische Halbleiterschicht),
auf das schlussendlich eine transparente Anode folgt.
Fließen Elektronen von der Kathode zur Anode und treffen dabei auf Protonen,
so wird diese Energie als Licht emittiert. Ein Vorbild für diese Art von Lumineszenz
findet man bei Glühwürmchen. Forscher haben die Grundlagen in der
Natur untersucht und sind zur Erkenntnis gelangt, dass natürliche Polymere Halb-
leitereigenschaften besitzen. Damit ist die richtungsabhängige Leitfähigkeit des
Elektronenflusses von der Kathode zur Anode über das Polymer gemeint (Rosado, 2008).
Da OLED Displays ein anderes Funktionsprinzip zugrunde liegt, weisen sie
gegenüber LCD Displays folgende Vorteile auf (Morrison, 2008):
Flüssigkristalline Bildschirme (LCD) verdunkeln je nach Ausrichtung der Kristalle das
Licht, das vom Hintergrund ausgestrahlt wird. Dieses Prinzip ist unabhängig davon, ob
die LCD Schicht mittels weißer Leuchtstoffröhren oder von weißen LEDs angestrahlt wird
(Morrison, 2008).

Abbildung 1: Aufbau einer Einschicht-OLED

Abbildung 1: Aufbau einer Einschicht-OLED


Dagegen benötigen OLED Displays keine Hintergrundbeleuchtung, da die Polymere
das Licht beim Anlegen einer elektrischen Spannung selbst emittieren. Diese Tatsache er-
möglicht es, weitaus dünnere Displays herstellen zu können (Innovation OLED Technik, 2005).

Ein dunkler Bildpunkt wird bei einem LCD Display abgedunkelt indem an der kristallinen
Schicht eine Spannung angelegt wird und diese somit lichtundurchlässig wird. Bei einem
OLED Display wird die für den Bildpunkt zuständige OLED einfach abgeschaltet (Morrison, 2008).
Das Prinzip des Ausschaltens nutzt auch die Plasma-Technologie. Dort wird ebenfalls
bei schwarzen Bildinhalten die Plasmazelle nicht mehr gezündet (Morrison, 2008).
Neben dem deutlich verringerten Stromverbrauch eines OLED Displays verbessert sich
durch die Abschaltung also auch der Schwarzwert. Im Vergleich wirken LCD Displays bei
dunklen Bildern eher gräulich statt schwarz (Morrison, 2008).
Aktuell befasst sich die Wissenschaft mit der Lebensdauer von OLEDs. Aufgrund der
unterschiedlichen Energiebereiche der verschiedenen Farben, weisen diese stark unter-
schiedliche Haltbarkeiten auf. Dabei hat die rote Farbe eine maximale Lebensdauer von ca.
100 Jahren, die grüne Farbe hält ca. 10 Jahre und blau verblasst bereits nach einem Jahr.
Die Lebensdauert ist somit von der Farbe abhängig (Rosado, 2008).
Da die blauen Farbelemente bei OLEDs aktuell eine deutlich kürzere Lebensdauer ha-
ben, folgt daraus ein zunehmender Rotstich.

 

Einsatzgebiete

Geringe Bautiefe, mehr Flexibilität und geringer Stromverbrauch ermöglichen eine Vielzahl
von Anwendungsszenarien. Mit Tintenstrahl-Drucktechniken lassen sich OLED Farbdisplays
mit hoher Auflösung herstellen. Druckt man diese OLEDs auf elastische Kunststofffilme, so
erhält man flexible Displays.
Smartphones der aktuellen Generation müssen in der Regel alle zwei Tage aufgela-
den werden. Bei intensiver Nutzung des Gerätes sogar jeden Tag. Hier könnte die Weiter-
entwicklung neuer OLED Displays in Kombination mit verbesserten Akku-Technologien
wieder dazu führen, dass ein Mobilgerät eine Woche ohne Ladevorgang betrieben wer-
den kann.
Außerdem können Fernseher den schon seit längerem erkennbaren Trend fortführen;
leichtere und dünnere Geräte mit einer größeren Diagonale und einem blickwinkel-un-
abhängigeren Bild sind möglich. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass ein Fern-
sehgerät zukünftig wie ein Poster an der Wand befestigt wird, ohne qualitative Abstriche
machen zu müssen.
Man könnte den Eindruck gewinnen, dass OLED lediglich das Potenzial bietet, be-
währte Technologien abzulösen; OLED besitzt jedoch darüber hinausgehende Potenziale.
So haben Ingenieure der Universität von Toronto OLEDs auf einem Kunststoffträger
statt auf Glas aufgebracht. Bisher wurde Glas wegen seiner hohen Lichtdurchlässigkeit
verwendet; die Steifheit des Materials musste in Kauf genommen werden. Kunststoff bie-
tet neben der Formbarkeit noch einen weiteren wichtigen Vorteil: Es ist wesentlich kosten-
günstiger. Die Forscher rechnen mit einem baldigen kommerziellen Durchbruch (Walke-
Chomjakov, 2012).
Diese Entwicklung kann noch deutlich weiter gehen. Es ist durchaus denkbar, dass
man eines Tages bei seinem Einkauf auf OLEDs trifft: Sei es als Etikettierung an Kleidung
oder bei einem Lebensmitteleinkauf im Discounter nebenan. Die Preise ließen sich durch
OLEDs darstellen und könnten somit flexibel auf Preisänderungen und Angebotsaktionen
reagieren.

 

Probleme und Ergebnisse

Die OLED Technik hat durch die unterschiedlichen Haltbarkeitszeiten der Farben ein bedeu-
tendes Problem. Dadurch werden mögliche Interessenten teurer Consumer-Produkte (wie
beispielsweise OLED Fernseher) die Technik meiden, bis Hersteller eine optimierte Techno-
logie anbieten können. Ziel wird es sein, eine vergleichbare Haltbarkeitsdauer aller Farben
zu gewährleisten, beziehungsweise die blaue Farbe der OLED ähnlich haltbar zu gestalten
wie die rote Farbe.
Die Fertigung von OLEDs ist aktuell noch sehr aufwändig. Geplant ist, OLEDs zukünf-
tig in einem Druckverfahren ähnlich dem Zeitungsdruck herstellen zu können; dies wäre
kostengünstig möglich.
Der Kontakt mit Sauerstoff bzw. Wasser beschädigt das Trägermaterial der OLED; es
fällt entsprechend schneller aus. OLEDs erfordern daher aktuell noch eine spezielle Form
der Isolierung – beispielsweise realisiert durch Glas. Mögliche Verbesserungen auf diesem
Gebiet sind Bestandteil aktueller Forschungen.

 

Fazit

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass sich OLED auf dem Consumer Markt durch-
setzen werden. Die oben genannten Vorteile der sparsameren, dünneren und effizienteren
Displays, die zugleich auch noch qualitativ besser sind als bestehende Displaytechnologien,
locken Hersteller, auf diesem Gebiet zu forschen und zu entwickeln.
Noch ist das unterschiedliche Altern der verwendeten Farben problematisch, da dieses
zu einer kontinuierlichen Produktverschlechterung führt. Sobald dieses Problem aber durch
forschende Unternehmen gelöst ist, wird die OLED Technologie breiten Einsatz finden.
Auch neue Fertigungsvarianten sind denkbar, wie die bereits oben erwähnte Herstel-
lung von Displays durch Drucken. Beispielsweise können dadurch biegsame, aber zugleich
durchsichtige Displays entstehen, die zusätzlich noch unempfindlich gegen Stöße sind.

 

Literaturverzeichnis

Innovation OLED Technik. (2005). Abgerufen am 15. Mai 2012 von http://www.sankt-petersburg.diplo.de/Vertretung/stpetersburg/de/05/Wissenschaftsstandort__Deutschland/Innovation__OLED Technik.html

Morrison, G. (2008). Is LCD and LED LCD HDTV uniformity a problem? Abgerufen am 6. 6. 2012 von http://news.cnet.com/8301-17938_105-20088479-1/is-lcd-and-led-lcd-hdtv-uniformity-a-problem/

Rosado, P. (15. 07 2008). Institut für Festkörperphysik, TU Berlin. Abgerufen am 6. 6. 2012 von OLEDs (Organic Light Emitting Diodes): http://www.ifkp.tu-berlin.de/fileadmin/i1/Kneissl/IS08_OLED_PR.pdf

Walke-Chomjakov, I. (2012). OLED. Abgerufen am 15. Mai 2012 von http://www.pcwelt.de/ratgeber/OLED-eine-TV-Paneltechnik-kommt-an-5378551.html abgerufen

 

Autoren

Steffen Bold
Steffen BoldVon 2008 – 2010 Ausbildung zum Fachangestellten für Markt- und
Sozialforschung, Statistisches Landesamt Rheinland-Pfalz, studiertberufsbegleitend Wirtschaftsinformatik an der FH Mainz.

 

Christian Kaspar

Christian KasparSeit seiner Ausbildung zum Informatikkaufmann ist er bei BASF IT
Services als Client Service Manager tätig. Studiert berufsbegleitend Wirt-
schaftsinformatik an der FH Mainz.

 

Tim Zeiger

Tim Zeiger2010 Abschlussprüfung zum Fachinformatiker Fachrichtung Systemintegration bei einem Ener-
gieversorger, Consultant bei Logica. Seit Oktober 2010 berufsbegleitendes Studium Wirtschaftsinformatik, FH Mainz.