docOLED - Der Bildschirm der Zukunft?
download 
Report Transcription
OLED - Der Bildschirm der Zukunft?
Studiengang Informatik Seminararbeit zum Seminar Allgemeine Informatik SS 2003 OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep Betreuende Professoren Prof. Dr. V. Klement Prof. Dr. P. Kneisel Stand: 22. April 2003 Inhaltsverzeichnis 1 OLED - Was ist das? 1.1 Ein kurze Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Was verspricht man sich von OLEDs? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 So funktionieren OLEDs 2.1 Herkömmliche LEDs . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Der Aufbau eines OLED-Displays . . . . . . . . 2.2.1 Struktureller Aufbau von OLEDs . . . . 2.2.2 Invertierte OLED-Strukturen . . . . . . 2.2.3 Leuchtendes Organisches Material . . . . 2.2.4 Die Lichterzeugung auf atomarer Ebene 2.2.5 Adressierung der LEDs im Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 4 5 5 6 6 7 7 9 10 3 Herstellung der OLED-Displays 11 3.1 Misch-Verdampfungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.2 Das InkJet Druckverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4 OLED im Vergleich zu TFT Displays 4.1 Anwendungen und Produkte . . . . . . . . . . 4.2 Wie funktionieren TFT Displays? . . . . . . . 4.2.1 Die TFT-TN Displays . . . . . . . . . 4.2.2 Großer Blickwinkel mit IPS . . . . . . 4.2.3 Besserer Kontrast durch MVA . . . . . 4.3 Die Vor- und Nachteile gegenüber OLEDs . . 4.3.1 Helligkeit und Kontrast . . . . . . . . . 4.3.2 Voller Blickwinkel bei OLED Displays 4.4 OLED - Eine ernstzunehmende Konkurenz? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 14 14 15 16 16 17 17 17 18 5 Was sagt der Markt 19 5.1 Die Aussagen verschiedener Marktanalysen . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 5.2 Die Prognosen der Hersteller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 6 Heutige Anwendungen der OLED Displays 21 6.1 Erste Produkte mit OLED Displays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.2 Zukünftige Einsatzgebiete von OLEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 7 OLED - Wirklich der Bildschirm der Zukunft? 24 7.1 Ein Blick in die Zukunft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 7.2 Die neuen flachen Displays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Quellenverzeichnis 26 OLED - Was ist das? 1 1.1 Seite 3 OLED - Was ist das? Ein kurze Einführung Auf der diesjährigen CeBit konnten schon die ersten Produkte einer neuen Technologie bestaunt werden, die den gesamten Display-Markt revolutionieren könnte. OLED (Organic Light Emitting Diode) heißt diese vielversprechende Technologie, die oft mit Polymer Displays oder Polymer LEDs in einem Zug genannt wird. Polymer Displays sind aus vielen OLEDs aufgebaut, doch können diese noch mehr, wie nur als Grundmaterial für Display-Panels zu dienen. Als 1998 die kleine britische Firma Cambridge Display Technologies (kurz: CDT) das erste hochauflösende einfarbige Display aus leuchtenden Polymeren zeigte, konnte man das Zukunftspotential der organischen Displays noch nicht richtig einschätzen. Viele Probleme waren zu lösen, so dass sich eine Serienreife für die ersten Produkte noch einige Jahre hinauszögerte. Doch die Display- und Monitor-Hersteller forschten in den letzten Jahren kräftig auf diesem Gebiet weiter. Abbildung 1: Erstes OLED Display von CDT (Quelle: [c’t 05/1998]) Dieser Artikel zeigt die zukünfigen Anwendungsgebiete der OLEDs. Dazu werden die allgemeine Funktionsweise und der Aufbau der OLEDs bis hin zum vollwertigen Display erklärt. Da noch viele Forschungen auf diesen Gebiet nötig sind, werden auf die aktuellen und zukünfigen Herstellungsprozesse sowie auf die verwendeten organischen Materialien eingegangen. Um das Potential der OLED-Technologie anzudeuten, wird ein Vergleich zur konkurierenden Display-Technologie, den TFT-LC Displays, hergestellt. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep OLED - Was ist das? 1.2 Seite 4 Was verspricht man sich von OLEDs? Während vor einigen Jahren nur sehr kleine und einfarbige OLED Displays hergestellt werden konnten, zeigte Sony im Sommer 2001 sein erstes 13 Zoll großes organisches Display. Im letzten Jahr konnte man mehrere OLED Produkte verschiedener Hersteller sehen. So wurden im Herbst 2002 erstmals einige serienreife Produkte, wie Handys und Digitalkameras, vorgestellt. Der Taiwanische TFT-Display Hersteller Chi Mei Optoelectronics konnte auf der CeBit 2003 den ersten Prototypen eines 20 Zoll großen OLED Displays vorstellen. Die Hersteller versprechen, dass die OLED Technologie heutige vorherrschende Technologieen, wie die TFT-LCD Technik, in den nächsten Jahren komplett ersetzten könnte. So sind die genannten Vorteile von OLEDs, wie • höhere Leuchtdichte und Kontrast, bei geringem Stromverbrauch • voller Blickwinkel und stabile Farben • flach und flexibel • relativ günstig in der Herstellung für viele Hersteller ein wichtige Grund, diese Technologie weiter zu verfolgen. So forschen heute Kodak, Philips, Samsung, CDT, Osram und weitere sowie über 100 Universitäten und Hochschulen an neuen Materialien und Fertigungsmethoden für OLED Displays. Die Marktprognosen schwanken zwar sehr, das Zukunftpotential aber wird immer hoch eingeschätzt. Abbildung 2: OLEDs - dünn und flexibel (Quelle: [DuPont]) OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep So funktionieren OLEDs 2 Seite 5 So funktionieren OLEDs Auch wenn schon vor über 40 Jahren die erste Elektrolumineszenzstrahlung von organischen Polymeren bekannt wurde, so begannen 1987 in den Research Laboratories der Eastman Kodak Company C. W. Tang und S.A. VanSlyke die ersten ernsthaften Forschungen, welche die heutige OLED Technologie erst möglich machte. Die daraus entstandene OLED Technologie nennt sich SM-OLED (Small Molecule OLED). Viele Hersteller lizenzierten diese SM-OLED und entwickeln selbständig diese Technologie weiter. Anfang der 90er Jahre wurde an der Cambridge Univertity eine zweite Art von OLED erfunden, die Polymer LEDs, kurz PolyLED. Dort wurde ein Kunststoff PPV (Polyphenylenvinylen) entdeckt, der ebenfalls Lichtemissionen aussandte. Die Firma CDT, ein ’Spin off’ der Universität Cambridge, entwickelt derzeit an diesen Polymer LEDs weiter. 2.1 Herkömmliche LEDs Ein LED ist eine Diode, die Licht aussendet, wenn sie von Strom durchflossen wird. Dabei werden im pn-Übergang Elektronen aus den n-dotierten Schicht in die p-Schicht und Löcher in umgekehrter Richtung injektiert. Bei der Rekombination der Elektronen wird Energie frei, die bei manchen Halbleitern als Licht sichtbar wird. Abbildung 3: Herkömmliches LED (Quelle: [The LED Museum]) Die Effizenz und hohe Kosten bei der Fertigung haben die Enwicklung zu vollwertigen Displayanwendung nicht ermöglicht, so dass herkömmliche LEDs derzeit einzeln und für einfarbige Anwendungen hergestellt werden. Die erzielte Farbwiedergabe im Bereich des blauen Lichts ist für Produkte, die mit LEDs entwickelt werden, noch nicht ausreichend. Die organischen LED haben in vielen Anwendungsfällen Vorteile, so dass die Weiterentwicklung rasch fortgeführt wird. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep So funktionieren OLEDs 2.2 Seite 6 Der Aufbau eines OLED-Displays Der strukturelle Aufbau von SM-OLEDs oder Polymer LEDs ist identisch zu herkömmlichen LEDs. Ein lichtemittierender Halbleiter wird an eine Anode und Kathode angeschlossen und leuchtend wenn Strom durch die Diode fließt. Dabei ist es egal, ob organische oder anorganische Halbleiter verwendet werden. 2.2.1 Struktureller Aufbau von OLEDs Die Grafik in Abb. 4 zeigt den prinzipiellen Aubbau einer organischen Leuchtdiode. Den Grund bildet ein Glassubstrat durch welches später das Licht emittiert wird. Darauf werden dünne und durchsichtige Anodenstreifen, z.B. aus Iridium Zinnoxid, welches schon in der TFT-LCD Fertigung verwendet wird, aufgebracht, die für den Löchertransport zum Polymer zuständig sind. Auf der Anodenschicht wird eine dünne Polymerschicht, typische Dicke ca. 10 nm, aufgebracht. Dieses Polymer muss eine hohe Mobilität für Elektronen und Löcher besitzen, damit es nachher zur Bildung von Exzitonen kommt. Dieser Ablauf wird in Kapitel 2.2.4 noch deutlich erläutert. Abbildung 4: Struktur eines OLEDs (Quelle: [Elektronik 10/2002]) Auf der leitfähigen Polymerschicht wird nun das eigentliche lichtemitierende Polymer aufgebracht. Diese werden mit den Kathodenstreifen verbunden, die Elektronen in das Polymer injektieren. Eine Glasplatte versiegelt den Aufbau, da OLEDs sonst von äußeren Einflüssen starkt beeinflusst würden. So könnte eindringende Feuchtigkeit zum kompletten Ausfall eines OLED führen. Eine gute Versiegelung wirkt sich direkt auf die Lebensdauer der OLEDs aus. Derzeit erziehlt man mit Glas und Metall, wie korrusionsfreien Aluminiumlegierungen, in sauber Verklebung einen guten Schutz. An weiteren Ansätzen wird an vielen Forschungseinrichtungen, wie dem Frauenhofer Institut, gearbeitet. Dabei wird die Verwendung von mehrschichtigen und wasserdichten Lacken als Versiegelung geprüft. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep So funktionieren OLEDs 2.2.2 Seite 7 Invertierte OLED-Strukturen Im zuvor gezeigten Aufbau wird das OLED auf einer Glasplatte aufgebracht. Das ist nicht nur teurer, sondern vermindert die effektive Leuchtdichte der OLED, da das Licht durch drei Schichten hindurch emittiert wird. Am Frauenhofer Institut wurde deshalb in Zusammenarbeit mit der TU Dresden und TU Braunschweig an neuen Stukturen für OLEDs geforscht. Man erfand invertierte OLEDs die ihr Licht vom Grundsubstrat weg emitieren. So muss nicht mehr ein Glassubstrat, sondern es können beliebige Substrate verwendet werden. Invertiert OLEDs lassen sich somit auf herkömmlichen Si-CMOSWafern fertigen. Damit können vorhande Produktiontechniken aus der Chipherstellung für die Herstellung von OLED-Displays genutzt werden. Während bei konventioneller OLEDs die Annode meist aus lichtdurchlässigem Iridium Zinnoxid besteht, muss die Kathode aus diesem Matterial gefertigt werden. Abbildung 5: Konventionelle und Invertierte OLED (Quelle: [Frauenhofer Institut]) 2.2.3 Leuchtendes Organisches Material Schon vor der eigentlichen OLED Forschung wurden die besonderen Eigenschaften von organischen Halbleitern entdeckt. Mit Hilfe organischer Materialien konnte die Energieeffizienz von LED entscheidend verbessert werden. Heute erzielte Leuchtdichten erreichen Werte von über 10000 cd/m2 und sind somit auch als Lampen verwendebar, zum Vergleich: Heutige TFT-LCD Displays erreichen eine Leuchtdichte von maximal 300 cd/m2 . Welche Luminanz ein OLED besitzt, hängt mit angelegten Spannung an Anode und Kathode zusammen. Abbildung 6: Leuchtdichte von OLEDs (Quelle: [Elektronik 10/2002]) OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep So funktionieren OLEDs Seite 8 Die Materialforschung ist auch für die nächsten Jahre ein wichtiges Gebiet, um eines der wichtigesten Probleme von OLEDs zu lösen, die Lebensdauer. Polymere haben die allgemeine Eigenschaft mit der Zeit zu zerfallen. Heutige grün, rot oder orange leuchtende LEDs haben ein Lebensdauer von ca. 40000 Stunden. Die meisten Probleme bereitet derzeit das blaue Licht, das für eine Vollfarbdarstellung unbedingt benötigt wird. Aktuell verwendete Polymere, die blaues List emittieren, besitzen eine Lebensdauer von ca. 10000 Betriebsstunden, das ist ungefähr ein Jahr. Zwar läuft ein Display nicht ständig, doch zerfallen um diesen Zeitraum immer mehr Polymere. Das Display verliert also mit der Zeit die Fähigkeit, bestimmte Spektralfarben anzuzeigen. Abbildung 7: Lebendauer von OLEDs (Quelle: [Kodak]) Die verwendeten Polymere lassen sich in zwei Klassen unterteilen. Die Low molecular ” weight dyes“ (einfacher Molekül Farbstoff ) werden in den SM-OLEDs verwendet. Bei den Polymer LEDs wird dagegen High molecular weight polymers“ (Riesenmolekül ” Polymere) verwendet. Abbildung 8: 3D Struktur von Polymeren (Quelle: [Covion]) Die Eigenschaften beider Molekülarten werden auch durch die Kontaktelektroden, wie Calcium oder Iridium- Zinnoxid bestimmt. Viele verschiedene Materialien sind noch in der Erprobung und werden derzeit nur teilweise bekanntgegeben. Durch sie änderen sich Farbe, Luminanz und Lebensdauer der Polymere. Trotz der 15jährigen Entwicklungszeit der OLEDs ist die Materialforschung noch am Anfang. Zu umfangreich sind die Möglichkeiten aus verschieden Polymeren, deren Struktur und Zusammensetzung sehr variabel OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep So funktionieren OLEDs Seite 9 ist, und den verwendeten Dotierungsstoffen, welche die Diodenenden ausmachen und die Eigenschaften der Polymere entscheidend prägen. 2.2.4 Die Lichterzeugung auf atomarer Ebene Die emittierten Lichtquanten lassen sich auf den Zerfall von Exzitonen zurückführen. Exzitonen sind lokal auftretende Paare von freien Elekronen und Löchern auf einem Polymer. Im unten dargestellen Energieschema wird gezeigt, dass durch den Zerfall von Exzitonen, wenn ein Elektron ein ’Loch’ besetzt, Energie in Form von Lichtquanten abgegeben wird. Abbildung 9: Lichtemission durch Elektronensprung (Quelle: [Covion]) Die Vorgang der Elektrolumineszenz beginnt mit der Injektion von Elektronen in der lichtemitierenden Polymerschicht, dabei fließen Elektronen aus der Anode in das Polymer. Das leitende Polymer transportiert die Löcher aus der Kathode zu den Kontaktelektroden der aktive Polymerschicht. Dort bilden sich an einigen Stellen Exzitonen. Bei der Rekombination der Ladungsträger wird Licht emitiert. Aufgrund der Spinrichtung der beteiligten Elektronen können nur 25% der Exzitonen im statistischen Mittel Licht emittieren. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades würde die Effizienz der OLEDs entscheidend verbessern. Wenn bei zwei anstatt einer bestimmte Spinrichtung Licht emittiert würde, könnte die Leuchtdichte bei gleicher Spannung verdoppelt werden. Da die angelegte Spannung direkt die LeuchtdichAbbildung 10: Bildung von Exzitonen te, aber auch die Lebensdauer der OLEDs be(Quelle: [Elektronik 10/2002]) einflusst, könnte bei erhöhtem Wirkungsgrad der Stromverbrauch gesenkt und die Lebensdauer verlängert werden. Die Farbe des Lichts, welches emittiert wird, bestimmt der Energiegehalt, der bei der Rekombination der Exzitonen frei wird. Dies wiederum wird durch das Polymer selbst und die verwendeten Elektrodenmetalle beeinflusst. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep So funktionieren OLEDs 2.2.5 Seite 10 Adressierung der LEDs im Display Bei OLED Displays muss man grundsätzlich zwischen Passiven“ und Aktiven“ Displays ” ” unterscheiden. Dabei unterschiedet man die Art der Pixelansteuerung im Display. Bei Passiven Displays werden die OLED Pixel in einer Zeile in Reihe geschaltet. Dabei nimmt die Last auf den OLED mit jedem weiterm Pixel zu, so dass Passive Displays einer Beschränkung von etwa 8 Zoll unterliegen, da sonst die einzelnen OLED mit zu zu hohem Strom und damit zu hoher Helligkeit betrieben werden müssten, was wieder zu Lasten der Lebensdauer gehen würde. Damit lassen sich nur kleine Displays herstellen. In den typischen Einsatzgebieten der Passiven OLEDs, wie Handys oder kleine Anzeigen, ist das aber völlig ausreichend, da die passive Ansteuerung wesentlich kostengünstiger ist. Abbildung 11: Ansteuerungsmatrix Passiver OLEDs (Quelle: [Elektronik 10/2002]) Die Ansteuerungselektronik ist aber keine Neuerfindung der OLED Displays. Hier wird auf die gleiche Technologie zurückgegriffen, wie sie schon heute bei der verbreiteten TFT-LCD Technologie eingesetzt wird. Bei Aktiven Displays wird ein komplizierter Schaltkreis zu Ansteuerung der einzelnen Pixel verwendet. Dabei kommen ein, aber auch bis zu vier Steuertranssistoren und ein Kondesator zur Speicherung der dargestellten Bildinhalts zum Einsatz. Wie ein Patent der Eastman Kodak Company z.B. zeigt, wurde zwischen dem Steuertransistor und dem Kondensator noch ein zusätzlicher Transistor integriert, um den Stromfluss Abbildung 12: Aktiver Steuerschalt- auf dem OLED besser kontrollieren zu können. Mit Hilfe der aktiven Ansteuerung können grökreis (Quelle: [c’t 02/1999]) ßere Displays gebaut werden. Der Anschluss der Ansteuerungsmatrix befindet sich in der Regel an der undurchsichtigen Metallkathode des OLEDs. Bei invertierten OLEDs muss der Anschluss an der Anode stattfinden. Über die angelegte Spannung wird die Leuchtstärke der einzelnen Pixel geregelt. Werden verschiedenfarbige OLEDs nebeneinander angeordnet, können vollfarbige Displays realisiert werden. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep Herstellung der OLED-Displays 3 Seite 11 Herstellung der OLED-Displays Die Herstellung von OLEDs stellt derzeit noch viele Herausfordungen, die verschiedene Forschungen zu lösen versuchen. Das Hauptproblem liegt in der hohen Empfindlichkeit der Polymere. Feuchtigkeit oder Sauerstoff führen zu Oxidation der Kontaktelektroden und damit zum Verlusst der Leitfähigkeit der OLEDs. Aber auch Verunreinigungen, wie Staub, würden die nur 200 nm dicke Polymerschicht empfindlich stören. Auch lassen sich bereits verwendete Prozesse, wie das ätzen von Microstrukturen in die Grundsubstrate nicht anwenden, weil die organischen Polymere angegriffen würden. Gegenwärtig werden zwei verschiedene Herstellungsverfahren erforscht, die sich je nach Art der verwendeten Polymeren, SM-OLEDs oder Polymer OLEDs, unterscheidet. Das Misch-Verdampfungsverfahren wird wird beim Herstellungsprozess von SM-OLEDs angewendet. Dabei liegt das Augenmerk auf der Bildung der Strukturen und dem Dotierungsprozess für die Kontaktelektroden. Das zweite Verfahren wird hauptsächlich von der Firma CDT in Zusammenarbeit mit Epson entwickelt. Dabei handelt es sich um ein InkJet Druckverfahren, in dem langkettige Polymermoleküle mit der Technologie aus herkömmlichen Tintenstrahldruckern auf das Grundsubstrat aufgedruckt werden. 3.1 Misch-Verdampfungsverfahren Derzeit befindet sich nur bei der SK Display Corp., einem Joint Venture von Kodak und Sanyo, eine Produktionsanlage in Betrieb, die erste OLED Displays in Serie fertigen kann. Andere Hersteller wie Osram oder Sony besitzen derzeit PrototypHerstellungslinien, die derzeit für die Forschung und nur bedingt für die Fertigung von Serienprodukten genutzt werden. Abbildung 13: In-Line OLED Fabrikationssystem (Quelle: [Frauenhofer Institut]) OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep Herstellung der OLED-Displays Seite 12 Da die Informationen über Aufbau und Funktion nicht bekannt gegeben werden, wird die Fertigungsanlage des Frauenhofer Instituts, welche in zusammenarbeit mit der TU Dresden entwickelt wurde, vorgestellt. Die Verwendete Technologie dürfte ebenso übertragbar wie richtungsweisend für die Produktfertigung in diesem Bereich sein. Abbildung 14: Schematischer Aufbau der Fertigungslinie (Quelle: [Frauenhofer Institut]) Die Produktionsanlage des Frauenhofer Instituts ist aus mehreren Modulen aufgebaut, in denen die einzelnen Produktionsschritte abgearbeitet werden können. Die Anlage ist für die Produktion von SM-OLED Displays mit einer Größe von 300mm x 400mm für herkömmliche und invertierte Strukturen geeignet. Da an die Fertigung von OLEDs ähnliche Anfordungen an die Partikelfreiheit wie bei der Chipherstellung gestellt werden, arbeitet das Fabrikationssystem im Vakuum. In der verschieden Modulen können anorganische und organische Schichten bearbeitet bzw. aufgedampft werden. Dabei bewegt sich das Substrat vertikal durch die Anlage. Zunächst wird dazu das verwendete Substrat gereinigt und dann die Annode aufgebracht. Die Polymere werden in verschiedene Schritten aufgedampft und dotiert, d.h mit Metallen gemischt. Mit Hilfe von UV-Licht wird die aufgedampfte Polymerflüssigkeit in gewissen Strukturen ausgehärtet und mit speziellen Lösungsmitteln gereinigt. Für die Fertigung eines vollwerigen Displays stehen Handschuhboxen zur Verfügung, wo das beAbbildung 15: Fabrikationsmodul arbeitete Substrat weiterverarbeitet werden kann. Das Substrat kann dort mit eine Justiergenauig(Quelle: [Frauenhofer Institut]) keit von 100 nm versiegelt werden. Die Fabrikationsanlage stellt heute schon kleine Mengen von OLED Displays, vor allem für Forschungstätigkeiten, her. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep Herstellung der OLED-Displays 3.2 Seite 13 Das InkJet Druckverfahren Dieses Verfahren zur Herstellung von Polymer LEDs geht auf die langjährige Forschung der Cambridge Universität zurück. Dort wurde das langkettige Polymer PPV, Poly Paraphenylen Vinylen, entdeckt, welches mit kleinen chemischen Änderungen immer noch Grundstoff für die Entwicklung von Polymer LED Displays ist. Das Polymer wird mittels Abscheidung aus einer Flüssigkeit gewonnen. Verdampft das Wasser in dieser Flüssigkeit, so bleiben diese langkettigen Polymere zurück. Durch gezieltes Beimischen von Dotierungsstoffen, welche die Elektronenbeweglichkeit und damit die Luminaz und Farbe beeinflussen, können so alle Farben hergestellt werden. Abbildung 16: Das InkJet-Druck Verfahren (Quelle: [Chemsoc]) Das Drucken der Polymere ist dabei ein kostengüstiger Weg, OLED Displays zu fertigen und dabei vorhande Technologien einzusetzen. In einer Kooperation der Firmen CDT und Epson ist heute eine Prototyp Anlage zur Herstellung kleiner und vollfarbiger Displays in Betieb. Problemstisch beim Druckvorgang ist derzeit noch die geforderte Präzission der Druckgeräte. Dabei muss nicht nur eine Justiergenauigkeit von ca. 100 nm eingehalten werden, sondern auch die abgegebene Polymermenge. Würden einzelne Zellen nur geringe Mengenunterschiede aufweisen, wäre ein ungleichmäßige Ausleuchtung und die daraus entstehende Farbverfäschungen sofort sichtbar. Heutige Druckanlagen, wie sie von Litrix hergestellt werden, können kleinere PLEDs mit eine Auflösung von 360 dpi drucken. Damit könnten Abbildung 17: Litrex 80L PMD System Polymer Displays ein Auflösungsvermögen (Quelle: [Chemsoc]) bieten, welches von keiner anderen Display Technologie geliefert wird. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep OLED im Vergleich zu TFT Displays 4 Seite 14 OLED im Vergleich zu TFT Displays Die OLED Technologie steht in Konkurenz zu allen anderen Display Technologien. Um sich aber auf dem Markt durchzusetzen, müssen OLED Displays einige Vorteile gegenüber der heute vorherrschenden TFT- LCD Technologie besitzen. LCDs, Liquid Crystal Displays, gibt es schon länger, doch erst mit Hilfe der TFT Technologie konnten LCDs den Markt erobern. LC Displays sind heute überall zu finden. Ob Handys, PDAs, als Computer Bildschirm oder Fernseher. Die flachen Displays setzen sich immer mehr durch und beherrschen den Display Markt laut Wirtschaftsberichten mit derzeit über 56 Prozent. Marktanalysen sprechen für 2005 schon von 75 Prozent. Gegenüber dem starkem Wachstumseinbruch, der in der IT Branche seid einem Jahr anhält, konnte der Display Markt in 2002 um 12 Prozent wachsen. 4.1 Anwendungen und Produkte LCDs habe gegenüber den normalen Röhrenmonitoren schon einige Vorteile. Sie sind flach und wesentlich leichter, verbrauchen weniger Strom und bieten eine bessere Helligkeit. Auch flimmern sie nicht und besitzen eine scharfe Darstellung ohne Konvergenzfehler. Doch der geringe Farbumfang und die Blickwinkelabhängigkeit von Farben und Kontrast, schränken die TFT LCDs noch etwas ein. Auch die Wiedergabe von schnell bewegten Bildern ist ein Problem, weil die LCDs nachleuchten und so Verwischeffekte, sog. Schlieren, entstehen können. Die neusten Produkte im Bereich der Computer Bildschirme haben diese Probleme teilweise nicht mehr. Es müssen aber entweder bei Farbumfang und Blickwinkelstabilität oder bei der Anzeigegeschwindigkeit Abstriche gemacht werden. Für die meisten mobilen Geräte ist dies aber nicht wichtig. Kleine Anzeige lassen sich einfach fertigen und der Boom bei Handys, Digitalkameras oder MP3 Playern hat das Marktvolumen dieses Segmentes in die Höhe getrieben. Die schnelle Entwicklung der TFT Displays in den letzen Jahren lässt sich vor allem auf die mobilen Geräte wie Handys, aber auch Notebooks zurückführen. So wächst auch der Notebook-Markt parallel zu den LC Displays. Da die Preise in den letzen Jahren um über 70 Prozent gefallen sind, greifen viele Computernutzer zu TFT Bildschirmen oder gleich zu einem Notebook. 4.2 Wie funktionieren TFT Displays? In den letzen Jahren gab es mehrere Entwicklungen von LC Display, darunter STN und DSTN Displays, die passiv angesteuert werden. Wie auch bei passiven OLEDs sind hier nur kleine Displays und kleine Auflösungen möglich. Erst die aktive Ansteuerung bei den TFT Displays machte heutige Produkte möglich. Dabei sind TFT Displays noch relativ jung. Fertigungsschwierigkeiten und eine Produktionsausbeute von nur einem Prozent, gelang erst 1998 der Durchbruch der TFT Technologie. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep OLED im Vergleich zu TFT Displays Seite 15 Anders als LEDs polarisieren LCDs das Licht, um Helligkeit und Farben darzustellen. Das Licht wird durch die Hintergrundbeleuchtung, die Backlights, erzeugt. Verändert wird das Licht mit Hilfe zweier Polarisationsfilter, einem Farbfilter und zwei Ausrichtungsschichten (Alignment Layer). Das Licht wird zunächst in vertikaler Richtung polarisiert. Die nachfolgende Farbschicht enthält die eigentlichen LCs, Kristalle, welche die Farben des Lichts filtern und das Licht ausrichten können. Mit Hilfe der Spannung, die an die Ausrichtungsschichten angelegt wird, kann die Polarisation des Lichts verändert werden. Abbildung 18: LC Struktur bei verschieden Spannungen (Quelle: [Tom’s Hardware]) Ist keine Spannung angelegt, wird das Licht unverändert durch die LC Schicht transportiert. Es trifft auf den zweiten Polariationsfilter, der in horizontaler Richtung Licht filtert. Da nur noch die vertikalen Energiespektren des Licht noch vorhanden sind, filtert der horizontale Polarisationsfilter das komplette Licht, das Display wird schwarz. Da diese Schichten nur sehr dünn sind, wird tiefes Schwarz nicht erreicht, der Bildschirm leuchtet deshalb dunkelgrau. Wird nun Spannung angelegt, ändert sich die Spektralausrichtung des Lichts, es wird gedreht. Dabei ändertet sich die Ausrichtung von vertikal langsam in horizontal. Da der horizontale Polarisationsfilter nur bestimmte Energieanteile des Lichts durchlässt, wird der Bildpunkt durch höhere Spannung immer heller. Durch die spezifischen Charakteristika der verwendeten Kristalle, werden die Farben rot, grün und blau erzeugt, welche die Farbe eines Pixels ausmachen. Die TFT Zellen werden von zwei Glassubstraten eingeschlossen, um das Panel zu versiegeln. 4.2.1 Die TFT-TN Displays Das TN-Film Verfahren (Twisted Nematic) ist die einfachste TFT Technologie. Bei diesem Verfahren richten sich die Kristalle wie in Abb. 18 senkrecht zu Substrat aus. TN Displays findet man heute bei den billigen TFT Displays. Ihre großen Schwächen liegen in der Blickwinkelabhängikeit, niedrigem Kontrast und ungleichmäßige Farbdarstellung. Die Reaktionsgeschwindigkeit wurde im letzen Jahr deutlich gesenkt, so dass sich auch für Bewegtbildanwendungen gut zu verwenden sind. Heute erreicht Reaktionszeiten von 16 ms sind laut ISO Abbildung 19: TFT-TN Techno- Norm aber immer noch zu wenig. Dort dürfen es malogie (Quelle: [Tom’s Hardware]) ximal 5 ms sein, damit das menschliche Auge keinerlei Unschäfen bei den Bewegung feststellt. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep OLED im Vergleich zu TFT Displays 4.2.2 Seite 16 Großer Blickwinkel mit IPS Eine Verbesserung des TN-Film Verfahrens ist die von Hitachi entwickelte IPS Technologie (In-Plane Switching). Dabei richten sich die Flüssigkeitskristalle parallel bzw. horizontal zu Substrat aus. Während das TN-Film Verfahren horizontale Blickwinkel von maximal 140 und vertikale von maximal 120 Grad erreicht, liegen die Blickwinkel für beide Richtungen bei IPS im Bereich von bis zu 170 Grad. Dafür sinkt die Reaktionsgeschwindigkeit auf etwas 30 ms. Technologiebedingt vermindert sich aber die erreicht Leuchtdichte, gegenüber der TN- Abbildung 20: IPS Displays (Quelle: Film Techologie. Die Lösung sind stärkere [Tom’s Hardware]) Backlights, die zu einem höheren Verbrauch des Displays führen. Während heutige 18 Zoll Displays einen Verbrauch von ca. 40 Watt aufweisen, liegt der Verbauch typischer IPS Displays bei über 50 Watt. Dafür ist der erziehlt Farbumfang gegenüber den anderen Technologien am größten. Während gute TN Display ca. 5 Mio. Farben und MVA Displays ca. 8 Mio Farben darstellen können, erreichten speziell getestete Displays von Eizo über 14 Mio. Farben und können so mit aktuellen CRTs (Cathode Ray Tube) mithalten. Hersteller wie NEC, LG oder Nokia nutzen die IPS Technologie in ihren Displays und entwickeln sie weiter. 4.2.3 Besserer Kontrast durch MVA Die MVA LDCs (Multi-Domain Vertical Alignment) werden parallel zu IPS von Fujitsu entwickelt. Eine Farbzelle wird dabei in mehrere Teilbereiche, die sog. Multi-Domains, unterteilt. Die Teilbereiche werden durch Vorsprünge unterteilt, siehe dazu Abb. 21. Ist keine Spannung angelegt, richten sich die Kristalle fast vertikal zu Substat aus, daher der Name ’Vertial Alignment’. Wird Spannung angelegt, richten sich die Kristalle vertikal aus. Durch die besondere Ausrichtungsstruktur sind Blickwinkel über 160 Grad möglich. Dabei bleibt die Reaktionsgeschwindigkeit auf dem Niveau der TN-Film Abbildung 21: MVA Technologie (Quelle: Displays. MVA Displays erzielen sehr hohe Kontraste, die die normaler Röhrenmonitore [Tom’s Hardware]) übersteigt. Liegen die Kontrastverhältnisse von TN-Film und IPS bei etwas 300:1 und die guter CRTs bei 400:1, erreichen heutige MVA TV- Display Kontrastwerte über 700:1. Samsung entwickelte diese Technologie unter dem Namen PVA (Patterned Vertikal Alignment) selbstständig weiter und baut sie in eigene Displays ein. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep OLED im Vergleich zu TFT Displays 4.3 Seite 17 Die Vor- und Nachteile gegenüber OLEDs Heutige TFT Monitore sind durch ihre Schärfe, Leuchtkraft und Flimmerfreiheit den normalen CRTs überlegen. Viele Schwächen existieren heute kaum mehr. Auch ist der Stromverbrauch von ca. 40 Watt gegenüber 130 Watt bei einem normalen 19 Zoll CRT nicht gerade hoch. Trotzdem sollen die OLED Displays in den nächten Jahren die TFT Technologie immer mehr verdrängen. Für Mobile Geräte bringen OLEDs einige Vorteile gegenüber TFTs. Sie verbrauchen vor allem wesentlich weniger Strom und sind dünner. OLED emitieren das Licht selbst, während bei TFTs das Licht der Backlight polarisiert und gefärbt wird. Somit entfällt der Platz und das Gewicht, aber auch der Stromverbrauch der Backlights. Soll das Display Schwarz darstellten, wird der Strom bei OLED abgestellt. Bei TFTs regeln die Kristalle die Lichtpolariation, die Backlight leuchten immer. Ein völlig Wießes oder Schwarzes Bild verbraucht bei einem TFT nachzu gleich viel Strom, während beim OLED Display die Energieverbrauch erheblich sinkt. TFTs sind durch die Polaristionsund Kristallschicht sehr ineffizient, da nur 7 Prozent des von den Backlights erzeugten Lichts beim Betrachter ankommt. Ein auf der diesjährigen CeBit vorgestelltes 20 Zoll großes OLED Display verbraucht daher maximal nur 25 Watt. OLED Displays eignen sich auch wesentlich besser für Bewegtbildanwendungen. Während heutige TFTs eine Reaktionszeit von minimal 16 ms aufweisen, liegen die Reaktionszeiten von OLEDs bei ca. 50 ns. Damit liegt die Reaktionszeit auch weit unter der von CRT Monitoren, da keine Elektronenstrahl die Pixel einzeln abfahren muss, sondern über die Ansteuerungsmatrix gleichzeitige gesteuert werden kann. 4.3.1 Helligkeit und Kontrast Da das erzeugte Licht der OLEDs fast ungefiltert abgegeben wird, sind Helligkeiten möglich, die TFTs bei weitem nicht erreichen können. Während bei heutigen TFT Displays Leuchtdichten von maximal 300 cd/m2 möglich sind, erreichen OLEDs schon bei Spannungen von 5V - 10V Leuchtdichten von über 1000 cd/m2 . So können OLED Displays auch bei direkter Sonneneinstrahlung gelesen werden. Das menschliche Auge kann Kontraste über 350:1 nicht mehr unterscheiden. OLEDs erreichen selbst bei mobilen Geräten Kontraste von 250:1. Hohe Kontraste werden heute nur bei großen TFT Displays erziehlt. Bei kleinen TFT Displays, wie bei Handys, sinkt der Kontrast auf unter 100:1. 4.3.2 Voller Blickwinkel bei OLED Displays Trotz hoher Blickwinkel von bis zu 170 Grad, verändern sich Kontrast, Farbe und Helligkeit bei TFT Displays. Deshalb werden in der professionellen Bildbearbeitung auch heute nur wenige TFT Displays eingesetzt. Der Grund liegt an der senkrechten Einstrahlung der Lichts auf die Flüssigkristalle, die das Licht in die verschiedene Richtungen abstrahlen müssen. OLED hingegen leuchten in alle Richtungen gleichmäßig. Nur die Pixelabschirmung verhindert Blickwinkel bis 180 Grad. Kontrast, Farbe und Helligkeit sind immer gleich. Somit sind OLEDs heutigen TFTs in diesen Bereichen weit überlegen. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep OLED im Vergleich zu TFT Displays Seite 18 Abbildung 22: Besserer Kontrast bei Lichteinfall (Quelle: [Kodak]) Abbildung 23: Blickwinkel im Vergleich (Quelle: [Kodak]) 4.4 OLED - Eine ernstzunehmende Konkurenz? OLED übernehmen die vielen Stärken der TFT Technologie. Sie besitzen ebenfalls ein große Schärfe, keinerlei Konvergenzfehler, eine hohe Leuchtdichte, kräftige Farben und ein großes Kontrastverhältnis. Doch sind OLEDs durch ihre Eigenschaften für den mobilen als auch für den PC Einsatz noch besser geeignet. Durch den geringen Stromverbrauch und einer Dicke unter 2 mm werden OLEDs zukünftig bei immer mehr mobilen Geräten zum Einsatz kommen. Die Blickwinkelunabhängigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit bringen OLEDS auch als Desktop oder TV Bildschirm einige Vorteile gegenüber den LC Displays. In den nächsten Jahren sollen OLED Displays zunächst nur bei den mobilen Geräten zum Einsatz kommen. Mit neuen Lösungen der Probleme bei der Herstellung wollen Hersteller erste größere Displays in fünf Jahren auf den Markt bringen. Große TV Bildschirme sollen dann in etwa 10 Jahren produziert werden. Die TFT Displays werden es in den nächsten Jahren immer schwerer haben, sich gegen die OLED Displays durchzusetzen. Zu groß sind die Vorteile der organischen LEDs. Trotzdem gehört der LCD Markt zu den Wachstumsbranchen in den nächsten Jahren. Wie lange das andauern wird, bleibt abzuwarten. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep Was sagt der Markt 5 Seite 19 Was sagt der Markt Der OLED Markt kommt langsam ins Rollen. Sind seit Mitte 2002 schon erste Produkte von Motorola oder Pioneer auf dem Markt und künden immer mehr Hersteller neue Produkte an. So sind sich die Experten einig, dass die OLED Technologie eine Marktpotential besitzt und das Wachstum an Investitionen und Marktbedeutung in den nächsten Jahren stark zunehmen wird. 5.1 Die Aussagen verschiedener Marktanalysen Die heutigen Prognosen der Marktforscher, betreffend des zukünftigen Marktvolumens der OLEDs, differieren sehr stark. So gehen die jährlichen Wachstumsraten bis 2007 von 80 Prozent (Frost & Sullivan) bzw. 120 Prozent (DisplaySearch) deutlich auseinander. Die prognostizierten Wachstumsraten liegen damit aber immer noch doppelt zu hoch, wie sie der LCD Markt in den letzten Jahren erlebte. Der Markt der flachen Displays wächst entgegen dem allgemeinen Trend mit 12 Prozent viel stärker als alle anderen Hardwarebereiche vor allen bei den Kleingeräten, wie Handys und PDAs. Die Marktforschungsreports des vergangenen Jahres sprechen von 50 - 85 Mio. Dollar (DisplaySearch) Marktvolumen für die OLEDs. Verglichen mit 3 Mio. Dollar (Frost & Sullivan) bzw. 24 Mio. Dollar (DisplaySearch) im Jahr 2000, ist ein deutliches Wachstum festzustellen. Für das Jahr 2005 sprechen die Marktforscher schon von 700 Mio. Dollar (Frost & Sullivan) bzw. 1,6 Mrd. Dollar (DisplaySearch). Das Institut DisplayResearch sprach für das Jahr 2007 in dem Report von 2001 von einem Marktvolumen der OLED Displays von 4,6 Mrd. Dollar, relativierte die Schätzung aber im letztjährigen Report auf 3 Mrd. Dollar. Im Marktforschungsbericht der Stanford Resources wird für das Jahr 2007 dagegen nur von einem Marktvolumen von 1,6 Mrd. Dollar gesprochen. Abbildung 24: Marktprognose aus 2001 (Quelle: [Display Research]) OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep Was sagt der Markt 5.2 Seite 20 Die Prognosen der Hersteller Die Hersteller sehen die Zukunft der OLED Technologie noch erfolgreicher wie die Marktforscher. So sieht Kodak den endgültigen Durchbruch der organischen Display spätesten im Jahre 2005. Der Hauptmotor für diesen Markt sind die mobilen Geräte, die von den leichten und stromsparenden OLED Displays stark profitieren würden. Dabei werden den größten Marktanteil die Mobieltelefone ausmachen, da die Multimediafähigkeiten dieser Geräte durch die OLED Technologie stark verbessert werden. Viele Hersteller haben die von Kodak entwickelte SM-OLED Technologie lizenziert und bringen nach einigen Jahren Forschung nun ebenfalls neue Produkte auf den Markt. Vor allen mit der UMTS Technologie sehen die Hersteller in Verbindung hochauflösender OLED Displays einen großen Wachstumsmarkt. Mobiles Internet oder Videotelefonie wären durch die Kombination dieser beiden Technologien erst praxistauglich. Einige Hersteller halten die Produkte noch zurück, weil die Serienproduktion noch einige Schwierigkeiten bereitet. Besserung versprechen die Poymer LED, die mit Hilfe des InkJet Verfahrens ein einfache und kostengünstige Herstellung zulassen. Da diese Technologie noch einige Jahre jünger als die der SM-OLEDs ist, wird die Produktionsreife noch mindestens bis 2006 dauern, so der Technologieführer CDT. Die anderen Bereiche, die derzeit von der LCD Technolgie beherrscht werden, sollen in den nächsten Jahren durch OLED Technologie nach und nach ersetzt werden. Ob Handys, PDAs, Autoradios, Displayanzeigen oder vollwertige PC-Displays, die Einsatzmöglichkeiten für OLEDs sind weit gestreut. Aber auch in der herkömmlichen LED Markt, sollen OLEDs die Marktentwicklung weiter vorantreiben. Da die Energieeffizienz der organischen LEDs die herkömmlicher anorganischer LED übertrifft, sollen sämtliche LED Anwendungsgebiete von OLEDs übernommen werden. Die Beleuchtungshersteller Osram arbeitet mit der Tochterfirma Osram Semiconductors auf diesem Gebiet mit Hochdruck. Da die Technologie noch am Anfang steht werden Millionen in die Forschung und Entwicklung für OLED investiert. Kodak und Sanyo z.B haben in ihr Joint Venture zu Entwicklung der OLED Technologie umgerechnet 130 Mio. Dollar aufgebracht. Die jährlichen Investition für Forschung und Produktion sollen sich auf ca. 70 Mio. Dollar belaufen. Aber auch deutscher Hersteller, wie BMW, Osram oder das Frauenhofer Institut, haben im Zusammenschluss mit dem Deutschen Flat Panel Display Forum“ die Aus” gangsbasis für die deutsche Marktstellung im OLEDs Markt gelegt. Mit Investition über 400 Mio Euro wird ein Displaywerk, welchen 2005 in Betrieb gehen soll, aufgebaut, in dem Displays auf Basis organischer LEDs für alle Anwendungsbereichte gefertigt werden sollen. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep Heutige Anwendungen der OLED Displays 6 Seite 21 Heutige Anwendungen der OLED Displays Heute verfügbare Produkte decken einen weitem Bereich des Displaymarktes ab. Viele Hersteller nutzten die diesjährige CeBit, um die OLED Technologie der breiten Masse vorzuführen. So zeigen Herstller wie Kodak, Motorola, Samsung, Sony, Chi Mei Optoelectronics, Pioneer und Philips ihre ersten Produkte, wie Handys, Autoradios, Leuchtanzeigen, Digitalkameras und großflächige Displays. In den nächsten Jahren wird noch mit einer ganzen Reihe von neuen Produkten zu rechnen sein, die von der OLED Technologie profitieren. 6.1 Erste Produkte mit OLED Displays Die ersten kommerziellen Produkte besitzen nur kleine OLED Displays. Größen bis zu 2,5 Zoll mit bis zu 16,7 Mio. Farben lassen sich in akzeptabler Stückzahl herstellen. Das erste Kommerzielle OLED Produkte brachte Motorola mit einem Handy auf dem Markt, dessen Display von Pioneer entwickelt wurde. Frühe OLED Produkte wurden schon auf der CeBit 2001 präsentiert, bis dato konnten aber nur einfarbige Displays serenreif hergestellt werden. Im Herbst letzten Jahres präsentiert Sanyo ein UMTS fähiges Handy, welches ein OLED Display mitbrachte. Dabei stellten die Hersteller vorallem die neuen Fähigkeiten in Verbindung von OLED Display und UMTS heraus, da nun hochauflösendes Videostreaming möglich wird. Auch ist das Handy stromsparender gegenüber den Produkten mit LCD Farbdisplay, da die Hintergrundbeuchtung wegen der Abbildung 25: Erstes OLED selbstleuchtenden OLEDs wegfällt. Auch Samsung hat ein OLED Handy im Programm. Alle gemeinsam nutHandy (Quelle: [Motorola]) zen die von Kodak entwickelte SM-OLED Technologie, die zuvor lizensiert und weiterentwickelt wurde. Pinoeer lizensierte ebenfalls Kodaks SM-OLED Technologie und verbaut diese Display in Autoradios. Dabei kommen meißt einfarbige Displays in verschiedene Auflösungen und Farben zum Einsatz. Diese Displays sollen in naher Zukunft auch in DVD-Player eingebaut werden. Weiter Produkte und vollfarbige Displays sollen folgen. Abbildung 26: Autoradio mit einfarbigem OLED Display (Quelle: [Pioneer]) OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep Heutige Anwendungen der OLED Displays Seite 22 Auf der diesjährigen CeBit stellte Kodak erstmals eine Digitalkamera mit OLED Display vor. Mit eine Größe von 2,2 Zoll, 65536 Farben und einer Auflösung von 521 x 218 Pixeln setzt diese Kamera neue Maßstäbe. Heutige Digital Cameras besitzen farbigen LCD Displays mit einer üblichen Größe von 1,5 Zoll mit einer Auflösung von ca. 320x240. Dabei verbrauchen diese Displays wesentlich mehr Strom als das größere OLED Display. Abbildung 27: DigiCam mit OLED Display (Quelle: [Kodak]) Sony hat erste digitale Camcorder mit OLED Displays angekündigt. Dadurch soll vor allem der Stromverbrauch und eine bessere Darstellung der Aufnahme erreicht werden. Im Berich der einfachen Anzeigen, Statusanzeigen für Haushaltsgeräte oder Geschwindigkeitsanzeige im Auto, können jetzt schon serienreife Produkte hergestellt werden. Diese Anzeigen sind oft einfarbig und müssen nur wenig Information bei geringer Auflösung darstellen. Hier werden SM-OLED als auch Polymer LEDs eingesetzt, die passiv angesteuert werden. Philips baut einen Rasierer mit OLED Display, welches die Polymer LED Technologie von CDT verwendet. Dieser wurde im neusten James Bond präsentiert und heißt deshalb auch Der Bond Ra” sierer“Ḋie Anzeige läßt sich frei für verschiedene Informationsdarstellungen umprogrammieren. Anzeigen für Autos fertigt Osram Semiconductors. Gegenüber LCD Anzeigen sind diese Displays, obwohl sie im Amaturenbrett vor dem Lenkrad angebracht sind, auch für den Beifahrer und bei direkter Sonneneinstrahlung lesbar. Der hohe Blickwinkel und Leuchtdichte der OLED Dis- Abbildung 28: Der Bond plays machen dies möglich. Aber auch erste Prototypen Rasierer (Quelle: [Philips]) von Geräten, wie Kaffemaschienen mit OLED Displays, werden im Laufe des Jahres auf den Markt kommen (siehe Abb. 29). Diese Display arbeiten meißt mit orange- bis gelbleuchtenden OLEDs, da eine Lebensdauer von 40000 Betriebsstunden in der Praxis keine Einschränkung darstellt. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep Heutige Anwendungen der OLED Displays 6.2 Seite 23 Zukünftige Einsatzgebiete von OLEDs In den nächsten Jahren werden vor allem mobile Geräte mit OLED Displays entwickelt werden. Handys werden diese Technologie weit verbreitet nutzen. Hier wird der größte Marktanteil in den nächsten Jahren gesehen. Aber auch PDA oder MP3 Player werden mit organischen Displays ausgerüstet werden. Alle Mobilgeräte, die einen geringen Stromverbrauch oder klare Informatonsdarstellung benötigen, sollen in den nächsten Jahren von der OLED Technik profitieren. Aber auch im Bereich der Beleuchtungstechnik, wo derzeit herkömmliche LED eingeAbbildung 29: Einfache OLED Anzeigen setzt werden, sollen OLEDs einige Vorteile bringen. Da die Energieeffizienz der OLEDs (Quelle: [LC Design]) um den Faktor 2 - 4 besser ist, kann der Stromverbrauch der Beleuchtungen deutlich gesenkt werden. Osram Semiconductors arbeitet schon an Konzepten, OLEDs als Beleuchtung in Autos einzusetzen. Wenn bestehende Probleme in der Materialforschung und Herstellung weitgehend gelöst sind, wollen die Hersteller größere Display herstellen. Einige Hersteller wie Kodak, Sony, Samsung oder Chi Mei Optoelectronics haben schon großflächige OLED Displays vorgestellt. Auf der diesjährigen CeBit wurde das erste 20 Zoll Display gezeigt. Abbildung 30: Großflächiges 15 Zoll Display (Quelle: [Kodak]) Die Produktion solcher großflächiger Displays soll frühestens in fünf Jahren starten. Erst mit der serienreife des InkJet Verfahrens zur Herstellung von Polymer LEDs ist eine Serienproduktion möglich. OLED Displays für den TV Einsatz oder als große Informationsdisplay, wo zur Zeit Plasmadisplays verwendet werden, können laut Kodak in 10 Jahren realisiert werden. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep OLED - Wirklich der Bildschirm der Zukunft? 7 Seite 24 OLED - Wirklich der Bildschirm der Zukunft? Die ersten Prototypen konnten schon früh überzeugen, doch heute zeigt die OLED Technologie, dass sie marktreif ist. Es müssen aber noch einige Probleme gelöst werden. Vor allem die Lebensdauer und Fertigung der OLEDs sind noch in der Entwicklung. Die ersten OLED Displays zeigen aber, wie überlegen die organischen LEDs heutigen TFTs oder CRTs sind. 7.1 Ein Blick in die Zukunft Osram und Infinion sehen in der OLED Technologie durchaus mehr Potentional, als heutige Produkte erkennen lassen. In dem Webmagazin Forschung und Innovation“ der ” Siemens AG spricht man von OLEDs in Tapeten. Durch sie wäre es möglich, ganze Räume ohne zusätzliche Lampen beleuchten zu könnten. Aber auch Displays für Ferseher oder für die Tageszeitung würden auf der Wand dargestellt werden und könnten somit der Raumgestalltung ganz neue Möglichkeiten schaffen. Ebenso könnten großflächige Bildschirme als flachen Folien realisiert werden, die man zum Transport wie Papier zusammenrollt. Auch der elektronischen Zeitung stände nichts mehr im Weg. Mit Hilfe eines kleinen Sende- und EmpAbbildung 31: Chipkarte mit OLED fangsmoduls könnten tagesaktuelle NachrichDisplay (Quelle: [Siemens AG]) ten direkt auf OLED Folie dargestellt werden. Andere Einsatzmöglichkeiten sind z.B. Chipkarten, die mit Hilfe einer sparsamen OLED Anzeige, den aktuellen Kontostand darstellen. Natürlich ist das alles Zukunftsmusik, die vielleicht nie eintreten wird. In ein paar jahren wird sich dann zeigen, welche Ideen sich mit der OLED Technologie verwirklichen lassen. Abbildung 32: Zukunftsmusik - Die elektronische Zeitung (Quelle: [Siemens AG]) OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep OLED - Wirklich der Bildschirm der Zukunft? 7.2 Seite 25 Die neuen flachen Displays Die Marktanaylsten sagen der OLED eine große Zukunft voraus. Da nun ersten serienreifen Produkte vorgestellt wurden, konnten die Hersteller ihre Verspechen vor einigen Jahren endlich einlösen. Den Durchbruch sehen die Hersteller etwa 2005, wenn die Fertigungsanlagen aufgebaut sind. Wie schnell die OLED Technologie sich auf dem Markt etablieren kann, hängt von der Serienreife der Polymer LED Displays ab. Bislang konnten nur mehrfabige Protypen vorgestellt werden. Vollfarbe Displays, wie sie für die nächste Handygeneration benötigt werden, können noch nicht in großer Stückzahl geliefert werden. Polymer LEDs lassen sich leichter und kostengünstiger herstellen. Das InkJek Verfahren kann bei jeder Displaygröße angewendet werden. Doch zunächst muss diese Technologie noch weiterentwickelt werden, um sie für die Serienproduktion einzusetzen. Wenn OLED Displays in ausreichender Stückzahl gefertiget werden können, werden immer mehr Produkte mit organischen Displays auf den Markt kommen. Durch die verbesserte Darstellung bei Kontrast und Farben, der geringe Platzbedarf und Stromverbrauch werden OLED sich relativ schnell auf dem Mobilen Markt etablieren können. Abbildung 33: OLEDs in vielen Bereichen (Quelle: [Siemens AG]) Die Anwendungmöglichkeiten für OLED sind breit. Ob Display, Anzeige oder Beleuchtung, OLEDs sind durch ihre flexible Handhabung vielseitig einsetzbar. Die Revolution des Displaymarktes steht nun bevor. Inwieweit bestehnde Technologien vom Markt gedrängt werden, hängt sicherlich auch vom Preis der organischen Displays ab. Die Hersteller haben aber schon angekündigt, dass, wenn die OLED Technologie eine größere Marktrelevanz spielen wird, die Preise fallen werden. Der alte Röhrenmonitor wird dann, wenn es nach den Displayherstellern geht, ausgedient haben. OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep LITERATUR Seite 26 Literatur [c’t 05/1998] Rink, Jürgen Leuchtendes Plastik“ ” c’t Ausgabe 05/1998 [c’t 02/1999] Stieler, Wolfgang Aus dem Reagenzglas“ ” c’t Ausgabe 02/1999 [CDT] Cambridge Display Technology http://www.cdtltd.co.uk, 03.04.2003 [Chemsoc] Chemsoc - The Royal Society of Chemistry http://www.chemsoc.org/exemplarchem/entries/2002/howell/LEPs/ 05.04.2003 [Covion] Covion - Organic Semiconductors GmbH http://www.covion.de, 31.03.2003 [Display Research] Display Research Laboratory http://www.displayresearch.com, 04.04.2003 [DuPont] DuPont http://www.dupont.com, 25.03.2003 [Elektronik 10/2002] Knapp, Klaus H. Die organischen Displays kommen!“ ” Elektronik Ausgabe 10/2002 [Frauenhofer Institut] Frauenhofer Institut (IMS) http://www.ims.fhg.de, 25.03.2003 [Kodak] Eastman Kodak Company http://www.kodak.com, 25.03.2003 [LC Design] LC Design GbR http://www.lc-design.de, 08.04.2003 [Motorola] Motorola Inc. http://www.motorola.com, 07.04.2003 [Philips] Koninklijke Philips Electronics http://www.philips.de, 07.04.2003 [Pioneer] Pioneer Electronics Deutschland GmbH http://www.pioneer.de, 07.04.2003 [Samsung] Samsung http://www.samsung.com, 07.04.2003 [Siemens AG] Zellmann, Birgit Leuchtende Kunststoffe“ ” Forschung und Innovation 02/1999 http://w4.siemens.de/FuI/de/archiv/zeitschrift/, 08.04.2003 [The LED Museum] The LED Museum http://www.ledmuseum.org, 01.04.2003 [Tom’s Hardware] Tom’s Hardware Guide http://www.tomshardware.de, 08.04.2003 OLED - Der Bildschirm der Zukunft? Daniel Webelsiep
