Lösungsverarbeitete OLEDs bereiten zukünftigen Beleuchtungsanwendungen den Weg

Bevor sie für Straßenbeleuchtungen und in Privathaushalten verwendet werden können, müssen OLED-Lampen breit verfügbar gemacht werden. Im Projekt SOLEDLIGHT werden neuartige mehrschichtige OLEDs entwickelt, für die ein neues Verfahren zum Einsatz kommt, das die Fertigungseffizienz um 20 % steigern und gleichzeitig zu niedrigeren Kosten führen soll.

Industrielle Technologien

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Die Partner von SOLEDLIGHT profitieren direkt vom PI-SCALE-Projekt – in dem Pilotlinien zur Produktion flexibler OLEDs mittels Rolle-zu-Rolle-Verfahren (R2R) entwickelt werden – und stellten mit Erfolg mehrschichtige OLEDs her, die eine Lichtausbeute von 20 lm/W erreichen. Auch wenn sie noch nicht den Stand von OLEDs sind, die mithilfe eines Vakuumbeschichtungsverfahrens hergestellt wurden, sollen diese neuen Geräte bis zum Ende des Projekts 100 lm/W und eine Lebensdauer von über 15 000 Stunden erreichen.

Dr. Henk Bolink, Forscher an der Universität Valencia und Koordinator von SOLEDLIGHT, spricht über die bis heute erzielten Erfolge und das Potenzial des Projekts, insbesondere für Anwendungen der allgemeinen Beleuchtung und der Automobilbranche.

Wie könnte Ihr Projekt das Kostenproblem lösen, das mit OLED-Lampen besteht?

Gedruckte oder beschichtete mehrschichtige OLEDs vereinen hohe Leistung mit Hochdurchsatz-Beschichtungsverfahren, die sich durch effiziente Materialnutzung auszeichnen. Außerdem fallen die Erstinvestitionen niedriger aus als beim Vakuumbeschichtungsverfahren, das in der Industrie derzeit den Standard darstellt.

Wie steht es mit der Effizienz und der Lebensdauer Ihrer OLEDs? Wie schlagen sie sich im Vergleich zu den Alternativen?

Die lösungsverarbeiteten OLEDs von SOLEDLIGHT können mit ihren vakuumverarbeiteten Gegenstücken noch nicht mithalten. Die ersten lösungsverarbeiteten, aus fünf aktiven Schichten bestehenden OLEDs wurden erfolgreich hergestellt und lieferten 20 lm/W.

Können Sie uns Genaueres über Ihre Technologie und Produktionsverfahren sagen?

Unser Ansatz für vollständig lösungsverarbeitbare OLEDs basiert auf einem dualen Ansatz mit vernetzbaren Schichten und orthogonalen Lösungen. Die von uns verwendete R2R-Beschichtungslinie stand am Holst Centre zur Verfügung und besteht aus zwei Beschichtungsstationen in einem kompakten Reinraum. Zudem umfasst sie zwei geschlossene Trocknungsöfen, einen von 20 m und einen von 10 m, für Luft- oder Edelgasatmosphären, die sich außerhalb des Reinraums befinden. Die beiden Beschichtungs- und Trocknungsmaschinen werden zu einer Linie verkoppelt, wobei ein einzigartiges Netztransportsystem genutzt wird, durch welches das Substrat befördert werden kann, ohne dass die empfindliche Oberfläche, auf die die Beschichtung aufgetragen wird, jemals berührt wird.

Warum haben Sie sich speziell für diese Produktionslinie entschieden?

Ein Ziel des SOLEDLIGHT-Projekts bestand darin, die durchsatzstarke, großflächige Produktion von OLEDs mit lösungsbasierten Technologien zu demonstrieren. Die im PI-SCALE-Projekt am Holst Centre entwickelte R2R-Beschichtungslinie ist in Europa die einzige, mit der funktionelle OLED-Farbstoffe mit hoher Geschwindigkeit auf großer Fläche aufgetragen werden können.

Ökonomische Analysen zeigten, dass die Serienfertigung von OLED-Leuchtelementen bei konkurrenzfähigen Kosten nur mit Lösungsverarbeitung möglich ist, da die Vakuumbeschichtung den Vorhersagen zufolge deutlich zu teuer sein wird (auch wenn dies für Display-Anwendungen nicht zutreffend ist). Die R2R-Linie eignet sich daher ausgezeichnet für dieses Projekt.

Was konnten Sie aus Ihrer Arbeit lernen?

Der Erfolg der R2R-OLED-Produktion durch lösungsbasierte Techniken hängt stark von den genauen Eigenschaften des verarbeiteten Materials ab, insbesondere von ihrer chemischen Stabilität, also der Empfindlichkeit gegenüber in der Umgebung vorhandenen Stoffen wie Wasser oder Sauerstoff, die die Materialien unter Umständen angreifen und sich auf die Leistung des Geräts auswirken.

Bei R2R-Verfahren ist dies ein viel größeres Problem als bei Platte-zu-Platte-Verfahren, bei denen Einflüsse aus der umgebenden Atmosphäre viel einfacher ausgeschlossen werden können. Wenn ausreichend stabile Materialsysteme verfügbar sind, kann das R2R-Verfahren aber ausgeführt werden, ohne die Qualität der produzierten OLED-Geräte im Vergleich zur Produktion Platte-zu-Platte zu beeinträchtigen.

Welche Herausforderungen ergaben sich, und wie konnten Sie sie bewältigen?

Licht emittierende Schichten aus Materialien mit geringer Molekülmasse sind schwer zu schützen, wenn später weitere Schichten mit Nassprozessen aufgetragen werden. Mithilfe einer Kombination aus vernetzten Komponenten und orthogonalen Lösungen konnten wir vollständig lösungsverarbeitbare OLEDs herstellen.

Welche Pläne haben Sie für die Vermarktung nach Abschluss des Projekts?

SOLEDLIGHT verfügt über zwei Partner aus der Industrie – die OSRAM OLED GmbH und die Solvay GmbH – und arbeitet mit dem Open Innovation Centre Holst zusammen. OSRAM konzentriert sich derzeit auf OLED-Anwendungen für die Automobilbranche, ist jedoch auch weiterhin im Bereich der allgemeinen Beleuchtung aktiv.

OLED- und Rolle-zu-Rolle-Verfahren mit Lösungsverarbeitung werden in beiden Anwendungsbereichen als zukünftige Alternativen zum aktuell bevorzugten Aufdampfverfahren angesehen. Einige der im Rahmen des SOLEDLIGHT-Projekts entwickelten Materialien und/oder Technologien könnten für die OLED-Pilotproduktionslinie des PI-SCALE-Projekts im Holst Centre genutzt werden. Das Holst Centre beabsichtigt, sich mit anfänglicher Unterstützung durch die EU zu einem wettbewerbsfähigen kommerziellen Betrieb zu entwickeln.

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