Deutsche Wissenschaftler wollen OLED-Fertigung vereinfachen

Neues chemisches Nassfertigungsverfahren für organische Displays angekündigt. Organische Leuchtdioden, kurz OLEDs, sollen im Vergleich zu konventionellen Flüssigkristall-Monitoren brillantere Farben, eine hohe Leuchtkraft, eine sehr dünne Bauform, ein niedriges Gewicht und zudem einen nur geringen Stromverbrauch liefern – noch gibt es aber nur sehr kleine marktreife Displays, die ihren Weg in Autoradios, aber noch nicht in PDAs oder Computer-Displays gefunden haben. Deutsche Wissenschaftler wollen dies verändern, indem sie die Fertigung vereinfachen.

20. Februar 2003 um 11:24 Uhr / Christian Klaß

Professor Klaus Meerholz vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Köln hat zusammen mit Wissenschaftlern der TU München und der Frankfurter Firma Covion eine neue chemische Substanzklasse entwickelt, die es erlauben soll, hochaufgelöste Displays in den drei Grundfarben Rot-Grün-Blau (RGB) nasschemisch herzustellen. "Ich glaube, dass unser Verfahren sehr schnell marktreif sein könnte, weil das von uns eingesetzte Verfahren, der Einsatz so genannter Photolacke, von allen einschlägigen Display-Herstellern für andere Prozessschritte eingesetzt wird" , erklärt Meerholz. "Unsere neue Technologie sollte also relativ schnell zu adaptieren sein."

Organische Leuchtdioden gelten als die Technologie für die nächste Generation der kleinen Farbbildschirme. Bislang konnten farbige Displays nur durch aufwendige Aufdampf-Verfahren hergestellt werden, das Auftragen der Schichten aus chemischer Lösung wäre aber viel billiger. Derzeit werden Siebdruck und Tintenstrahldruck für die OLED-Herstellung adaptiert. Allerdings gelte es, dabei noch einige technische Probleme zu beseitigen, so Meerholz. Die von ihm und seinem Team entwickelte Methode soll dagegen jetzt schon prinzipiell alles haben, was man für einen kommerziellen Einsatz brauche, verspricht der Wissenschaftler.

Organische Leuchtdioden bestehen aus einer oder mehreren halbleitenden organischen Schichten, die von zwei Elektroden eingeschlossen werden. Sie enthalten lichtaussendende Materialien, die beim Anlegen einer elektrischen Spannung hell aufleuchten. Die Herstellung von OLEDs ist prinzipiell sehr einfach: Auf Glas oder auf durchsichtige, biegsame Trägerfolie wird ein transparenter, elektrischer Leiter aufgebracht. Diese Anode wird mit der Leuchtschicht hauchdünn überzogen. Abschließend wird noch eine Kathode aufgedampft. Insgesamt ist dieses Bauteil nicht dicker als 200 Nanometer (0,2 tausendstel Millimeter).

Beim Anlegen einer elektrischen Spannung – zwischen drei und fünf Volt – wandern Elektronen aus der Kathode in den organischen Film. Von der Anode werden währenddessen Elektronen aus dem organischen Material entfernt, so dass insgesamt negative und positive Ladungsträger entstehen. Die Ladungen wandern aufeinander zu; treffen zwei ungleiche Ladungsträger in der Leuchtschicht aufeinander, gleichen sich ihre Ladungen aus. Die dabei freigesetzte Energie wird als Licht, so genannte Elektrolumineszenz, freigesetzt. Über chemische Veränderungen in der leitenden Schicht können alle Farben erzeugt werden.

OLEDs lassen sich prinzipiell durch Vakuumsublimation oder durch nasschemische Beschichtung herstellen. Letzteres hat viele produktionstechnische Vorteile, allerdings ließen sich farbige Displays nur unter großen Schwierigkeiten herstellen. Die von Meerholz und seinen Kooperationspartnern entwickelte Substanzklasse besteht aus Bausteinen, die so genannte Oxetan-Seitengruppen haben. Die Forscher von Covion integrierten diese Einheiten in lösliche, lichtemittierende Polymere, die hierdurch photovernetzbar wurden. Die entstandene neue chemische Substanzklasse soll nun eine Antwort auf die oben erwähnten Probleme sein. Die Materialien werden als Lösung aufgetragen und sollen durch gezielte UV-Belichtung ausgehärtet werden können, wobei die Oxetangruppen miteinander reagieren. Damit entstehen an belichteten Stellen unlösliche Netzwerke. Das erlaubt sogar das Auflegen mehrerer – theoretisch beliebig vieler – Leit- bzw. Leuchtschichten, ohne die elektrischen und optischen Eigenschaften zu beeinträchtigen.

Die Farben Rot, Grün und Blau sollen dabei brillant sowie gestochen scharf erscheinen und die Auflösung ist für Anwendungen als pixelierte Farbbildschirme mehr als ausreichend. Welche Auflösung und Bilddiagonale erzielt werden kann, nennen die Wissenschaftler zwar nicht, doch die Anwendungsmöglichkeiten sollen mit Handys und PDAs noch nicht erschöpft sein. "Diese kleinen Bildschirme sind nur ein erster Schritt" , meint Meerholz. "Größere Displays, etwa für Laptops, könnten damit prinzipiell genauso hergestellt werden. Das erfordert allerdings einen gewissen Mehraufwand und längere Entwicklungszeiten. Aber ganz klar: Unsere Technik ist allgemein anwendbar und nicht auf kleine Displays beschränkt."

Vorgestellt wird das Verfahren in der am heutigen 20. Februar 2003 erschienenen Fachzeitschrift Nature.