OLED (organic light emitting diode)

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.


Der Aufbau von OLEDs

OLEDs sind mehrlagige Flächenemitter, die aus mehreren organischen Schichten bestehen, die für den Transport der Löcher und Elektronen sorgen, sowie für deren Rekombination, die zur Lichtemission führt. Die verschiedenen Schichten liegen auf einem transparenten Substrat - Glas oder transparenter Plastik - auf das eine extrem dünne, transparente, elektrisch leitende Oxidschicht, Transparent Conductive Oxide (TCO), aus Indium-Zinnoxid (ITO), aufgebracht ist. Diese Schicht bildet die Anode.

Die Anode liegt an positivem Potential, die Kathode an negativem. Zwischen der Kathode und der Anode liegen weitere Schichten: Der Electron Injection Layer (EIL) mit der Elektronenleitungsschicht, Electron Transport Layer (ETL). Darunter befindet sich die lichtemittierende Polymerschicht, der Emission Layer (EML) und darunter wiederum der Hole Injection Layer (HIL) und der damit verbundene Hole Transport Layer (HTL). Als Ladungsträger fungieren Fehlelektronen (Löcher) und Elektronen.

Schichtenaufbau der OLED

Schichtenaufbau der OLED

Die Kathode erzeugt die Elektronen, die über den Electron Injection Layer (EIL) injiziert und über den Electron Transport Layer (ETL) zur EML-Schicht driften. Im Emission Layer (EML), einer organischen lichtemittierenden Polymerschicht rekombinieren die Elektronen und die Löcher zu einem Elektron-Loch-Paar, einem Exziton. Die Löcher werden von dem Hole Injection Layer (HIL) injiziert und driften, bedingt durch das Spannungspotential zwischen Anode und Kathode, durch den Hole Transport Layer (HTL) ebenfalls hin zum Emission Layer (EML). Bei der Rekombination der Elektronen mit den Löchern senden sie in dem mit Indium-Zinnoxid (ITO) beschichteten Glassubstrat Photonen als sichtbares Licht aus.

Transportmechanismus für die Lichtemission in OLEDs

Transportmechanismus für die Lichtemission in OLEDs

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.

Die wichtigsten Eigenschaften von OLEDs

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.

OLED 
   als Beleuchtungselement, Foto: Philips

OLED als Beleuchtungselement, Foto: Philips

OLEDs zeichnen sich durch eine hohe Leuchtdichte und einen guten Kontrast aus, der ein Verhältnis von bis zu 1 Mio zu 1 haben kann. Außerdem können sie 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°. Angesteuert von einem Array aus Organic Thin Film Transistors (OTFT) bilden OLEDs mit der OTFT-Ansteuermatrix ein OTFT-Display.

Leuchtstärke und Matrix-Konzepte von OLEDs

OLED-Flächenstrahler, 
   Foto: Osram

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, aus flexiblen OLEDs, FOLED oder aus plastic OLEDs, POLED. Darüber hinaus gibt es mit Phosphorescent Organic Light Emitting Diodes (PHOLED) solche, die mit Phosphoreszenz arbeiten und eine höhere Lichtausbeute haben. 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 Lichtausbeute liegt bei über 100 lm/W (Lumen pro Watt), die Lichtstärke kann bis zu 100.000 cd/m2 (Candela pro Quadmeter) betragen, der Farbwiedergabeindex (CRI) erreicht Werte von bis zu 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. Ihre Lebensdauer wird sich von 10.000 Stunden in 2012 auf ca. 40.000 Stunden in 2018 erhöhen. Wobei mit Lebensdauer ein Helligkeitsabfall um 30 %, bezogen auf die Anfangshelligkeit, definiert wird.

Informationen zum Artikel
Deutsch:
Englisch: organic light emitting diode - OLED
Veröffentlicht: 06.09.2019
Wörter: 748
Tags: #Aktive Bauelemente
Links: AMOLED (active matrix OLED), Ampere, Array, Auflösung, Betrachtungswinkel