Licht aus der Fläche

Am Tag lassen die großformatigen Fenster viel Licht in die Wohnung. Am Abend auch! – noch Zukunftsmusik, aber in ein paar Jahren möglicherweise Standard. Denn die Scheiben von Fenstern könnten dann mit flächigen organischen LEDs beschichtet sein. Diese Panells erscheinen ausgeschaltet glasklar und spenden auf Knopfdruck ein energiesparendes und angenehmes Licht. Lampen im herkömmlichen Sinne wird es indes kaum mehr geben, denn nicht nur Fensterscheiben können als Leuchten in den Wohnungen dienen. Alles kann Licht sein: Wände, Decken, Möbel und Tapeten. Wirklichkeit soll diese Vision mit Hilfe der «organic light emitting diode» (OLED) werden. Im Unterschied zu «klassischen» Leuchtdioden sind organische LED`s reine Flächenstrahler. Damit unterscheiden sich OLED auch von heutigen Anwendungen des LED-Lichtes, das zum Beispiel über die Kante von Glas eingespeist wird. «Mit OLED lässt sich eine ganz andere Art von Licht erzeugen. Es ist eine von Natur aus diffuse Lichtquelle. Im Gegensatz dazu ist das Licht einer Glühlampe äußerst grell. Ein Flächenlicht ist für das menschliche Auge angenehmer, auch weil man durch ein solch flächiges Licht nicht so geblendet wird, wie von einem „Punktstrahler“, meint Dietrich Bertram von Philips. Auch können Farbtöne durch das Mischen von verschiedenen Materialschichten frei gewählt werden, was das Licht für die menschliche Wahrnehmung noch angenehmer macht. In zwei Jahren sollen lichtvariable OLED`s umgesetzt sein, vorerst sind sie noch einfarbig. Die Entwicklung verläuft rasant. Alle paar Wochen kann man über immer neue Entwicklungsschritte bei den OLED lesen. Das vom Bund geförderte Forschungsprojekt Topas, in das viele Unternehmen eingebunden sind, und das EU-Verbot von konventionellen Glühbirnen, tun das Übrige dazu.

Außer zur Beleuchtung eignen sich OLED vor allem für den Einsatz in elektronischen Anzeigen. Ein Schwerpunkt der derzeitigen Bemühungen mit der OLED Technologie liegt deshalb auch bei den Displays. Nach der technischen Revolution von der Braun`schen Röhre hin zu den Flachbildschirmen kommen jetzt mehr und mehr OLED`s zum Einsatz. Die Vision von rollbaren Displays und Wänden, die als Fernseher dienen, rückt in immer greifbarere Nähe. Erste Anwendungen in Mobiltelefonen, Autoradios und Digitalkameras sind am Markt. Seit Anfang des Jahres findet die OLED-Technik auch bei einem Fernseher von Sony ihre Verwendung. OLED-Displays weisen gegenüber den herkömmlichen Flüssigkristall-Displays (LCD) eine Reihe von Vorteilen auf. Neben den dünnen Schichten, die auf biegsame Trägermaterialien aufgebracht werden können, sind OLED durch die Emission von farbigem Licht deutlich effizienter und deshalb energiesparender gegenüber LCD`s, die als farbige Filter wirken. Die LCD-Technik verbraucht einen Großteil der Energie für die Hintergrundbeleuchtung und weist deshalb hohe Wärmeverluste auf. Auch die Schaltgeschwindigkeit soll bei OLED viel höher sein. Neue OLED-Displays sind etwa um das Zweitausendfache schneller als der derzeit schnellste LCD. Vorerst sind OLED für großformatige Displays jedoch noch zu teuer.

Die OLED bestehen aus ultradünnen organischen Schichten – ähnlich Plastikfolien –, die beim Anlegen einer Spannung Licht aussenden und selbst kalt bleiben. Immer neue und größere Prototypen der leuchtenden dünnen Schicht kommen ans Licht und lassen der Fantasie von Planern und Designern dank der unbeschränkten Einsatzmöglichkeiten freien Lauf. Aber noch arbeiten die Entwickler an der Beseitigung der Nachteile von den Flächenleuchten als Lichtquelle. Neben dem Preis, wird sogleich die Lebensdauer genannt, die für kommerzielle Anwendungen derzeit noch zu gering ist. Knackpunkt sind dabei die organischen Materialien der Schichten, deren Lebensdauer mit etwa 10 000 Stunden begrenzt ist.

Heute werden OLED auf Glas prozessiert, um die organischen Materialien vor Wasserstoff und Sauerstoff und damit dem Verfall zu schützen. In den nächsten Jahren sollen OLED-Schichten auf Metall- und Plastiksubstraten aufgebracht werden, wodurch diese flexibel und dünner werden. Und auch die derzeitige Lebensdauer der Flächenleuchten soll deutlich verlängert werden. Unter Lebensdauer versteht man die mittlere Betriebszeit, nach der die Leuchtdichte um die Hälfte absinkt. Angestrebt wird das Zehnfache, also 100 000 Stunden. Auch an der Transparenz der OLED wird gearbeitet. Derzeit haben die OLED von Philips im ausgeschalteten Zustand eine Spiegeloptik. Das liegt an der Aluminiumkathode im Inneren der OLED. Bald soll die Kathode aus extrem dünnem Silber bestehen, wodurch die OLED eine Transparenz von 80 % bekommt und damit der Verwendung in Fensterscheiben einen deutlichen Schritt näher kommt. Rund drei bis fünf Jahre veranschlagen die Entwickler dafür.

Osram hat innerhalb des Forschungsprojektes „Topas“ letztes Jahr den Prototyp einer glasklaren OLED von 17 x 17 cm Größe präsentiert. Und auch andere Unternehmen wie General Electric, Konica Minolta oder Lumiotec sollen mit Markteinführungen bereits in den Startlöchern stehen.

Bis es zu einer umfassenden Verbreitung der OLED`s kommt, wird es trotzdem noch dauern. Denn Optimierungsbedarf besteht auch noch in punkto Effizienz. In einem Forschungsprojekt gelang es, bei einer Helligkeit von 1000 Candela pro Quadratmeter, eine Lichtausbeute von bis zu 124 Lumen pro Watt zu erreichen. Das ist deutlich mehr, als etwa bei Leuchtstoffröhren üblich. Und auch bei großen Helligkeiten wie 5000 Candela pro Quadratmeter, erreichten die modifizierten OLED noch eine Effizienz von 74 Lumen pro Watt. Allerdings bleiben OLED`s in Sachen Effizienz derzeit noch hinter den herkömmlichen, anorganischen LED`s zurück, die bis zu 136 Lumen pro Watt Lichtausbeute erreichen. Trotzdem: In Fachkreisen zweifelt kaum jemand an der Zukunftsfähigkeit von OLED. «Die Effizienz von OLED verdoppelt sich derzeit alle zwei bis drei Jahre», sagt Kirstin Knappstein von Philips. Noch vor wenigen Jahren waren auch die heute handelsüblichen LED-Leuchten für einen praxisgerechten Einsatz viel zu wenig effizient und zu wenig leuchtstark. Es scheint also nur eine Frage der Zeit, bis die OLED in praktikabler Ausstattung verfügbar sein werden.

In gut fünf Jahren will man einen großen Schritt weiter sein. Dann sollen nicht nur 120 Lumen pro Watt Standard sein, sondern sich auch die Fläche der OLED`s vergrößert haben. Im Projekt „Topas“ will man bis 2011 eine OLED von einem Quadratmeter realisiert haben. Die ersten OLED`s zum Experimentieren sind verfügbar. Über die Internetseite www.lumiblade.com bei Philips können Probiersets verschiedener Abmessungen und Formate bezogen werden. Osram hat sein erstes Produkt mit milchigem Glas bereits in den Handel gegeben. Über www.lumiblade.com kann man auch direkt bestellen.

Man darf gespannt sein und sich freuen: Mit OLED dürfte die Raumgestaltung mit Licht für Schreiner bald noch interessanter und vielfältiger werden. (Christian Härtel) ■

Beim OLED-Beleuchtungspanel werden für ein Pixel die drei RGB-Schichten übereinander aufgedampft. Die organischen Schichten produzieren rotes, grünes und blaues Licht und können so auch weißes Licht, bestehend aus RGB-Farben, erzeugen. Bei einem OLED-Display werden drei RGB-Pixel nebeneinander aufgedampft, wodurch diese sich einzeln ansteuern lassen. Diese Ansteuerung ist komplex, weshalb sich eine solche Herstellungsmethode nicht für Beleuchtungszwecke eignet. Das OLED-Beleuchtungspanel kann deshalb als Ableitung der OLED-Display-Technik begriffen werden.