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Organische Leuchtdioden

Ein neues Material für attraktives Design

• Aufbau einer OLED

  Abbildungen: Philips)

• Beleuchtung mit Lumiblade Markerlight

• Flexible OLED

• Schema: mögliche OLED-Anwendung im Bad

• Schema: mögliche OLED-Anwendung im Flur

Seit der Entdeckung der blauen und damit möglich gewordenen weißen anorganischen LED und den bahnbrechenden Arbeiten zu organischen Halbleitern in den späten Achtzigern und frühen Neunzigern des vorigen Jahrhunderts spielt sich im Lichtmarkt eine Umwälzung ab, die einer Revolution gleichkommt.

Die Nutzung von Halbleitern zur elektrischen Lichterzeugung eröffnet neue Möglichkeiten und Perspektiven im Hinblick auf die Verwendung von Licht und die damit erzielbaren Effekte, aber auch die hocheffiziente Nutzung von Energie zur Aus- und Beleuchtung.
Neben den angesprochenen anorganischen LEDs, sind seit einiger Zeit entsprechende Bauelemente aus organischen Halbleitern, so genannte organische LEDs oder kurz OLED ein interessanter Kandidat für neuartige Anwendungen von Licht als Material in Architektur und Design. Im Gegensatz zu ersteren, bei denen das Licht in kleinen kristallinen Würfeln stattfindet und damit fast punktförmig erzeugt wird, bestehen organische LEDs aus dünnen Lagen organischer Moleküle, d.h. größtenteils aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Diese Materialien werden auf einer Glasscheibe abgeschieden, die zuvor mit einer durchsichtigen leitfähigen Beschichtung versehenen wurde. Als Gegenelektrode wird in den meisten Varianten eine metallische, häufig Aluminium-Schicht aufgebracht, die den eigentlichen funktionellen OLED-Stapel abschließt. Die Schichtdicken der einzelnen Lagen liegen dabei im Bereich weniger Nanometer, wobei die gesamte OLED aus einer Vielzahl von Schichten besteht. Es ergibt sich ein funktionelles Bauelement von ca. 200 nm Dicke, also etwa dem tausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares. Zum Schutz dieser hauchdünnen Beschichtung vor mechanischer Beschädigung, aber auch vor Wasser und Sauerstoff werden die OLEDs abschließend hermetisch mittels einer zweiten Glasplatte verkapselt. Das Resultat ist eine dünne, flache Glasscheibe von weniger als 2 mm Dicke, die im ausgeschalteten Zustand ein spiegelndes Aussehen besitzt und die, wenn Sie eingeschaltet wird, ein homogenes Licht über die gesamte Oberfläche und in alle Raumrichtungen abstrahlt. Analog zu herkömmlichen LEDs handelt es sich bei OLEDs um Niederspannungsbauteile, deren Emission bereits bei Spannungen zwischen 2 V und 3 V, je nach Farbe, einsetzt; dabei ist die Helligkeit direkt dem Strom proportional, d.h. OLEDs lassen sich ausgezeichnet dimmen, sowohl über Pulsbreitenmodulation, wie durch einfache Regelung des Betriebsstroms. OLEDs lassen sich in vielen verschiedenen Farben und insbesondere Weißtönen, von Kaltweiß bis Warmweiß, mit hoher Farbwiedergabe herstellen und die Emissionsfläche lässt sich so strukturieren, dass nur gewisse Bereiche Licht abstrahlen, was sich auch mit unterschiedlichen Farben kombinieren lässt. OLEDs eröffnen also eine nahezu unbegrenzte Vielfalt im Design der Lichtquelle, die sich darüber hinaus auch noch dynamisch steuern lässt. Damit aber noch nicht genug der Möglichkeiten: ersetzt man die Aluminiumelektrode durch eine weitere transparente leitfähige Schicht, ergibt sich eine transparente Lichtquelle, die im ausgeschalteten Zustand bis zu über 80 % Transparenz aufweisen kann – ein Merkmal, dass sich mit Farbe und Struktur noch kombinieren lässt. Aus einer Vielzahl von Gründen sind die heute kommerziell verfügbaren OLEDs auf Glas als Trägermaterial angewiesen. Dies schränkt die räumliche Formgebung der individuellen Lichtquellen auf zweidimensionale flächige Körper ein. In vielen Forschungsprojekten wird aber intensiv an der Nutzung von Kunststofffolien als Trägermaterial gearbeitet und erste Erfolge zeichnen sich bereits ab. Es ist also davon auszugehen, dass organische LEDs in einigen Jahren auch als flexible Folienleuchten verfügbar sein werden. Dies wird einen weiteren Meilenstein in der Geschichte der Verwendung des Lichts als Gestaltungselement darstellen. Die heute verfügbaren Materialien lassen Effizienzen zu, die bereits heute im Bereich von Energiesparlampen liegen. Dabei werden Lebensdauern von mehreren zehntausend Stunden erreicht – ähnlich wie die anorganischen Varianten der Halbleiterlichtquellen. In der Zukunft ist davon auszugehen, dass die Effizienzen von OLEDs weiter steigen werden und letztendlich die Leistungsfähigkeit konventioneller Lichtquellen, wie Fluoreszenzröhren, übersteigen werden.
Die Wirkung einer OLED mit Worten zu beschreiben fällt in der Tat schwer, da der Leuchteffekt sich erheblich von anderen Lichtquellen unterscheidet. Adjektive wie: weich, entmaterialisiertes, schwebendes Licht oder einfach wunderschön, kennzeichnen oft die Reaktionen beim Anblick einer OLED und nicht selten wird die Phantasie der Anwender durch die neue Form des Lichts unmittelbar in Aktion gesetzt. Aufgrund der sehr flachen Bauform und des eleganten Aussehens eignen sich OLEDs ausgezeichnet zur Integration in hochwertige Oberflächen aller Art, von der Tischplatte bis zur Wandbeschichtung. Dabei lassen sich attraktive Materialkontraste erzielen, die durch die Möglichkeit der Steuerbarkeit des Lichts dynamisch beeinflusst werden können. Durch Kombination von unterschiedlichen Formen, Größen und Anordnungen, lassen sich neue und spannende Effekte erzielen, die von rein funktionellen Systemen, wie z.B. dem Einsatz als Markierungslicht, über Anwendungen zur Hervorhebung architektonischer Merkmale bis hin zu skulpturaler Gestaltung reichen und OLEDs als ein neues Material ein weites Einsatzfeld in Design und Architektur finden lassen.
Neben der Integration in Oberflächen und Objekte lassen sich organische Leuchtdioden in einer Vielzahl von weiteren Applikationen einsetzen. Die breite Abstrahlcharakteristik der OLED erzeugt ein schattenfreies Licht mit guter Farbwiedergabe, eine Eigenschaft die z.B. in der Warenbeleuchtung ausgezeichnet genutzt werden kann. Die Kombination von Form, Farbe und Dynamik ermöglicht attraktive Lösungen im Werbe- und Signalbereich, aber auch in der Gestaltung von Foyers, Wellnessbereichen oder ganz allgemein in der Schaffung einer eigenen unverwechselbaren Identität eines Gebäudes.
Darüber hinaus lässt sich die Wahrnehmung von Architektur und Raum durch die geschickte Nutzung des neuen Lichts zukünftig in weiten Bereichen beeinflussen. Waren in der Vergangenheit, Lichtquellen primär an der Decke eines Raumes angebracht, lassen sich durch den Einsatz von OLEDs an Wänden und Decken und die Verteilung der Lichterzeugung in Kombination mit der diffusen Abstrahlung die Wirkung einer Architektur dynamisch beeinflussen und das Licht wird zu einem aktiven Gestaltungselement. In Verbindung mit dynamischer Farbsteuerung und räumlicher Struktur lassen sich auf einfache Art komplexe Raumszenarien durch den Nutzer einstellen und die Wahrnehmung der Umgebung ändert sich je nach Stimmung und Bedürfnis.
Blickt man noch ein Stück weiter in die Zukunft, ergeben sich aber noch viel weitreichendere Möglichkeiten durch den Einsatz von organischen Leuchtdioden. Transparente OLEDs als Raumteiler, die je nach Nutzung zwischen durchsichtig und leuchtend geschaltet werden können, Fenster, die tagsüber natürliches Licht einfallen lassen und abends eingeschaltet werden, oder großflächige Leuchttapeten, die in Helligkeit und Farbe dynamisch veränderbar angepasst werden können, sind technisch vorstellbar, auch wenn bis zu ihrer kostengünstigen Realisierung noch einige Jahre vergehen werden.  Dank dem unermüdlichen Einsatz einer Vielzahl von Forschern und Unternehmen, werden aus diesen Träumen eines Tages Realitäten werden und die Möglichkeiten in der Architektur weiter vergrößern.
Die Zukunft des Lichtes hat gerade erst begonnen – und durch die organische LED wird Licht zum neuen Material.  
www.lumiblade.com
www.oled100.eu

Dr. Dietrich Bertram, Philips Technology GmbH, Aachen