Organic Light Emitting Diode (OLED) ist eine Weiterentwicklung der Leuchtdiode (LED) für die Display-Technik. Im Unterschied zu LEDs bestehen die farbig selbstleuchtenden OLEDs aus organischen Halbleitern, die in einem elektrischen Feld Licht emittieren.

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OLED als Beleuchtungselement, Foto: Philips

OLEDs sind mehrlagige Flächenemitter. Die verschiedenen Schichten liegen auf einem transparenten Substrat, Glas oder transparenter Plastik, auf das eine extrem dünne, transparente und elektrisch leitende Oxidschicht, Transparent Conductive Oxide (TCO), aus Indium-Zinnoxid (ITO) aufgebracht ist. Diese Schicht bildet die Anode. Zwischen dieser Anode und der zweiten Elektrode, der Kathode, liegen weitere Schichten: die Hole Injection Layer (HIL) und der damit verbundenen Hole Transport Layer (HTL), die lichtemittierenden Polymerschichten, der Emission Layer (EML), das ist die emittierende Polymerschicht, und die Elektronen-Transportschicht, Electron Transport Layer (ETL). Die Betriebsspannung liegt zwischen den beiden Elektroden, an der Kathode liegt die negative Spannung, an der Anode die positive. Die Elektronen und Löcher fließen über das elektrische Feld zwischen der Anode und der Kathode zur Mitte des Flächenemitters, wo sie in der Polymerschicht rekombinieren und dabei Photonen aussenden. Das so erzeugte Licht gelangt durch das transparente Substrat zur Display-Oberfläche. Dabei bestimmt das Material der Polymerschicht die Leuchtfarbe. So leuchtet Polythiophen rot, Polyfluor blau und Polyphenylenvinyl grün.

Aufbau der OLED

Von den elektrischen Eigenschaften her sind OLEDs durchaus mit konventionellen Dioden vergleichbar. Liegt keine Spannung an, fließen nur geringe Sperrströme. Erst bei Erreichen einer bestimmten Schwellspannung von einigen Volt wird der mehrlagige Flächenemitter durchlässig und der Strom steigt schnell an. Diese Funktion ist von Bedeutung, weil die OLEDs im nicht aktiven Zustand keinen Strom benötigen und schwarz darstellen. Die Betriebsspannung liegt zwischen 5 V und 10 V und die Stromdichte bei einigen Milli-Ampere bis hin zu einem Ampere pro Quadratzentimeter.

OLEDs zeichnen sich durch eine hohe Leuchtdichte und einen guten Kontrast aus und können Graustufen darstellen. Ihre Leistungsaufnahme ist proportional zum Lichtstrom, sie sind selbstleuchtend, biegsam, extrem flach und haben eine hohe Auflösung mit einer Pixelgröße von 5 µm, die sich durch die Steuerleitungen für die Transistoren auf etwa 0,1 mm vergrößert. Ihre Schaltgeschwindigkeit ist sehr kurz und liegt bei etwa 10 µs, darüber hinaus bieten sie einen extremen Betrachtungswinkel von bis zu 160°. Sie können wie ein LCD-Display angesteuert werden. Derzeit ändert sich noch die Farbstabilität mit der Lebensdauer, vor allem bei Blau, wodurch sie farbstichig werden.

OLED-Flächenstrahler, Foto: Osram

Dank ihrer Leuchtkraft, der Flexibilität und der geringen Leistungsaufnahme eignen sich OLEDs ideal für Displays. Sie bestehen aus matrixförmig aufgebauten Arrays aus aktiven und passiven OLEDs: Active Matrix OLEDs (AMOLED) und Passive Matrix OLEDs (PMOLED) und auch aus transparenten OLEDs, TOLED. Entsprechende OLED-Displays werden in mobilen Geräten, in MP3-Playern, Handys, PDAs, Kraftfahrzeugen und Smartphones eingesetzt, größere Displays in Notebooks, Desktops und Fernsehgeräten.

Des Weiteren werden besonders hell leuchtende OLEDs als Beleuchtungselemente entwickelt. Die Helligkeitswerte liegen beiüber 100 Lumen/W, die Lichtstärke kann bis zu 100.000 cd/qm betragen, der Farbwiedergabeindex (CRI) beträgt 95 und die Lebensdauer liegt bei über 10.000 Betriebsstunden bei 100 cd/qm. Diese OLEDs werden als White-OLEDs (WOLED) bezeichnet. Im Vergleich dazu haben Glühlampen eine Lichtausbeute zwischen 10 lm/W und 20 lm/W.

OLEDs sind wesentlich einfacher und kostengünstiger zu produzieren als Leuchtdioden oder Thin Film Transistors (TFT) und können auch in gedruckter Elektronik hergestellt werden.