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Low-cost / energy Efficient Oleds for lighting

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Effizientere OLED-Beleuchtung zu geringeren Kosten

OLED-Beleuchtungen ermöglichen die Fertigung größerer, leichterer und schlankerer Geräte. Im Vergleich zu den LED-Alternativen sind damit allerdings auch höhere Kosten und eine geringere Leistung verbunden. Dank der Arbeit im Rahmen des Projekts LEO werden diese Beleuchtungen bald von besseren mechanischen Eigenschaften, einer größeren Potentialflexibilität, einer höheren Lichtextraktion, geringeren Umweltfolgen und kostengünstigeren Herstellungsprozessen profitieren.

Industrielle Technologien

Auf was das Konsortium LEO (Low-cost / energy Efficient Oleds for lighting) kurz gesagt abzielte, als es vor drei Jahren mit der Arbeit begann, war die Entwicklung einer hochleistungsfähigen, biegsamen und kostengünstigen OLED-Technologie für die allgemeine und für diestimmungsvolle Beleuchtung. Über den Austausch von konventionellen Glas- und Polymersubstraten in „State of the Art“-OLED-Beleuchtungen durch formanpassungsfähige Metallsubstrate und über die Einführung neuer Emittermaterialien und -prozesse wird in der Tat der Weg für eine langersehnte kosteneffektive OLED-Beleuchtungstechnik geebnet. Um dorthin zu gelangen, fuhr das Team mit vier wichtigen Innovationen fort. Zunächst wurden kostengünstige Metallfolien erstellt, die OLED-Anoden und möglicherweise gedruckte Überwachungsschaltungen an der Rückseite beherbergen. Im Vergleich zu PET-Kunststoffschichten sind diese Metallfolien mechanisch weitaus robuster und sie bilden eine natürliche Barriere gegen Feuchtigkeit. Daraufhin wurden in Kombination mit neuartigen Dünnschicht-Top-Verkapselungsstrategien OLED-Top-Elektrodenarchitekturen und Lichtauskopplungslösungen entwickelt – hierdurch wurde die emittierte Lichtmenge um 50 % erhöht und eine bessere Oberflächenkratzfestigkeit ermöglicht. Das Team reduzierte ebenfalls die Umweltfolgen der OLED-Technologie dank edelmetallfreier Emitter, die auf TADF-Materialien (Thermally activated delayed fluorescence, thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz) basieren. Schließlich wurde eine günstige OLED-Abscheidungstechnik entwickelt, die Vakuum- und feuchte Abscheidungsprozesse miteinander kombiniert. Etwas mehr als einen Monat vor dem planmäßigen Ende des Projekts stellt sich dem Projektteam noch die Aufgabe, eine Gesamtkostenbewertung vorzunehmen. „Dies ist noch nicht abgeschlossen“, sagt Dr. Etienne Quesnel, Senior Expert in Material Sciences am CEA-Grenoble und Koordinator von LEO. „Eine Senkung der OLED-Endkosten durch die Verwendung kohlenstoffarmer Stahlsubstrate ist jedoch absehbar. Die Strategie unserer industriellen Partner besteht in der Entwicklung von Metallsubstraten, die sowohl den Photovoltaik- als auch den OLED-Markt adressieren könnten und die dazu beitragen könnten, die Substratendkosten um 50 % zu verringern.“ Eine vergleichbare Reduzierung zeichnet sich auch bei der Verkapselung des OLED-Geräts ab – dies ist von entscheidender Bedeutung, um eine lange Lebensdauer sicherzustellen. Der Austausch konventioneller Emittermaterialien durch TADF-Materialien sollte sich wiederum kostenmindernd auswirken – ebenso wie das neue hybride Herstellungsverfahren von LEO. „Das tatsächliche Interesse an einem solchen Hybridansatz muss noch industriell und im Hinblick auf die letztliche Geräteleistung bestätigt werden“, erklärt Dr. Quesnel. Weit gefasste industrielle Pläne Die Industriepartner sind bereits damit beschäftigt, die Ergebnisse des Projekts zu verwerten: OSRAM z. B. fokussiert sich auf die Prozessintegration von Hybridsystemen und metallbasierten OLEDs in Automotive-Anwendungen und Sonderanwendungen im Bereich der allgemeinen Beleuchtung. ArcelorMittal entwickelt neue Materialien und Beschichtungen, die auf solchen R2R-Prozesstechniken basieren, die im Rahmen von LEO implementiert worden sind, um fortschrittliche Stahlfolien für Anwendungen im Bereich der gedruckten Elektronik herzustellen. Cynora stellt weltweit führenden Panelherstellern hochmoderne TADF-Dotierstoffe zur Verfügung und CEA zielt darauf ab, sein Wissen an OLED- und Photovoltaikgerätehersteller weiterzugeben. „Es tun sich auch unerwartete Anwendungsmöglichkeiten auf, die über die Beleuchtung hinausgehen. Hierzu zählen unter anderem formanpassungsfähige OLED-Panels für die Aeronautik sowie Display- und Mikrodisplayanwendungen, für die ein höherer Bildkontrast als bei dem konventionellen Glasabdeckungsansatz erforderlich ist“, hebt Dr. Quesnel hervor. Der LEO-Partner CYNORA hat bereits eine Partnerschaft mit einigen der renommiertesten Displayherstellern in Asien geschlossen. Und auch wenn dieser Erfolg über den alleinigen Beitrag des LEO-Projekts hinausgeht, bestätigt er im Nachhinein die Richtigkeit des technologischen Kurses, den die sieben Mitglieder des Projektkonsortiums vor vier Jahren eingeschlagen haben.

Schlüsselbegriffe

LEO, OLED, Beleuchtung, Automotive, LED, Lichtextraktion, Flexibilität, Feuchtigkeit, TADF, Fertigung, Aeronautik

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21 Oktober 2020