Neun quadratische Kacheln aus Glas, jede etwa so groß wie die Sitzfläche eines Stuhles, hängen kreisförmig über einem runden Tisch im Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden. Michael Hoffman drückt auf einer Fernbedienung einen Knopf und schon strahlen die Kacheln ein warmes helles Licht aus. Es sind organische Leuchtdioden, die größten, die es derzeit gibt:
"Hier sieht man also, wie für den hier vorgestellten Anwendungsfall eines Ausstellungstisches zum Beispiel in einem Geschäft, dieser mit einer Reihe von OLEDs so beleuchtet werden kann, dass hier wirklich eine Beleuchtungsstärke für eine Anwendung relevant allein von den OLEDs erreicht wird. Wir erreichen Beleuchtungsstärken in der Größenordnung von im Mittel 500 Lux, das entspricht also auch der DIN-Norm für eine Schreibtischbeleuchtung. Das ist also wirklich schon richtig helles Licht."
Und zumindest für eine organische Leuchtdiode in dieser Größe bemerkenswert. Die Lichtinstallation ist eines der sichtbarsten Ergebnisse des oled100–Projektes. Ursprünglich wollte das Forscherkonsortium dabei unter anderem eine Lichtausbeute von 100 Lumen pro Watt erreichen, soviel wie bei einer Leuchtstoffröhre. 60 Lumen sind es am Ende geworden - auch das ist schon effizienter als bei einer Energiesparlampe. Für höhere Werte hätte man unter anderem Leuchtmaterialien, sogenannte Emitter gebraucht, so Michael Hoffmann:
"Die große Schwierigkeit im Moment ist vor allem für den sogenannten blauen Emitter, also das Material, das den blauen Lichtanteil in einer weißen OLED erzeugt, ein Material zu finden, das mit hoher Effizienz und gleichzeitig hoher Lebensdauer das Licht erzeugt. Dort ist die Forschung noch nicht soweit, um solche Materialien frei verfügbar einzusetzen."
Die Entwicklung solcher Emitter war nicht Aufgabe des oled100-Projektes. Die Projektpartner hatten deshalb darauf gesetzt, dass solche neuartigen Emitter eher auf dem freien Markt zur Verfügung stehen.
"Dort sind die Erwartungen nicht erfüllt worden, die wir an die allgemeine Marktentwicklung hatten."
Ein weiteres Problem bei großflächigen OLEDs ist die Stromverteilung innerhalb der Leuchtdiode, denn das ist die Voraussetzung für gleichmäßiges Licht. Die Leuchtdiode besteht aus mehreren Schichten organischer Substanzen, jede dünner als ein menschliches Haar. Sie werden unter Reinraumbedingungen gleichmäßig auf eine Glasplatte aufgebracht. Unter Schwachstrom beginnt dieser OLED-Stapel dann zu leuchten, erklärt Christian May vom Fraunhofer IPMS:
"Die OLED ist ja auch ein stromgetriebenes Bauelement, das heißt, wenn wir ein homogenes Leuchten haben wollen, müssen wir den Strom auch überall dort hinbringen. Und das Material, das dazu verwendet wird, ist das sogenannte Indiumzinnoxid ITO, ein Material, was zum Beispiel auch in Flachbildschirmen verwendet wird. Die Leitfähigkeit dieses ITOs reicht nicht aus, um Flächen, die größer sind als zehn Mal zehn Quadratzentimeter homogen zum Leuchten zu bringen. Das heißt, man muss sich für größere Flächen eine Unterteilung einfallen lassen."
Die Wissenschaftler des IPMS haben deshalb ihren OLED-Kacheln ein metallisches Gitternetz verpasst, das den Strom gleichmäßig verteilt. Und um mehr Licht aus den Leuchtdioden herauszuholen, sind unter anderem spezielle Streufolien auf das Glas aufgebracht worden:
"Auch das ist ja hier von einem britischen Projektpartner realisiert worden. Das sind also ganz feine Strukturen, die auch optisch akkurat sein müssen und das ist nicht so einfach, das auf Flächen aufzuskalieren."
Die neuen Flächen-OLEDs haben eine Lebensdauer von 100.000 Stunden – das sind mehr als elf Jahre Dauerbetrieb. Noch sind ihre Herstellungskosten aber sehr hoch, da momentan nur wenige OLEDS in Pilotanlagen produziert werden. Doch das Fraunhofer IPMS hat auch neue Fertigungstechnologien entwickelt, mit denen die Produktionskosten auf unter 100 Euro pro Quadratmeter Leuchtfläche gesenkt werden können. Voraussetzung dafür sind allerdings sehr viel höherer Stückzahlen. Sie sollen in den nächsten Jahren erreicht werden.
"Hier sieht man also, wie für den hier vorgestellten Anwendungsfall eines Ausstellungstisches zum Beispiel in einem Geschäft, dieser mit einer Reihe von OLEDs so beleuchtet werden kann, dass hier wirklich eine Beleuchtungsstärke für eine Anwendung relevant allein von den OLEDs erreicht wird. Wir erreichen Beleuchtungsstärken in der Größenordnung von im Mittel 500 Lux, das entspricht also auch der DIN-Norm für eine Schreibtischbeleuchtung. Das ist also wirklich schon richtig helles Licht."
Und zumindest für eine organische Leuchtdiode in dieser Größe bemerkenswert. Die Lichtinstallation ist eines der sichtbarsten Ergebnisse des oled100–Projektes. Ursprünglich wollte das Forscherkonsortium dabei unter anderem eine Lichtausbeute von 100 Lumen pro Watt erreichen, soviel wie bei einer Leuchtstoffröhre. 60 Lumen sind es am Ende geworden - auch das ist schon effizienter als bei einer Energiesparlampe. Für höhere Werte hätte man unter anderem Leuchtmaterialien, sogenannte Emitter gebraucht, so Michael Hoffmann:
"Die große Schwierigkeit im Moment ist vor allem für den sogenannten blauen Emitter, also das Material, das den blauen Lichtanteil in einer weißen OLED erzeugt, ein Material zu finden, das mit hoher Effizienz und gleichzeitig hoher Lebensdauer das Licht erzeugt. Dort ist die Forschung noch nicht soweit, um solche Materialien frei verfügbar einzusetzen."
Die Entwicklung solcher Emitter war nicht Aufgabe des oled100-Projektes. Die Projektpartner hatten deshalb darauf gesetzt, dass solche neuartigen Emitter eher auf dem freien Markt zur Verfügung stehen.
"Dort sind die Erwartungen nicht erfüllt worden, die wir an die allgemeine Marktentwicklung hatten."
Ein weiteres Problem bei großflächigen OLEDs ist die Stromverteilung innerhalb der Leuchtdiode, denn das ist die Voraussetzung für gleichmäßiges Licht. Die Leuchtdiode besteht aus mehreren Schichten organischer Substanzen, jede dünner als ein menschliches Haar. Sie werden unter Reinraumbedingungen gleichmäßig auf eine Glasplatte aufgebracht. Unter Schwachstrom beginnt dieser OLED-Stapel dann zu leuchten, erklärt Christian May vom Fraunhofer IPMS:
"Die OLED ist ja auch ein stromgetriebenes Bauelement, das heißt, wenn wir ein homogenes Leuchten haben wollen, müssen wir den Strom auch überall dort hinbringen. Und das Material, das dazu verwendet wird, ist das sogenannte Indiumzinnoxid ITO, ein Material, was zum Beispiel auch in Flachbildschirmen verwendet wird. Die Leitfähigkeit dieses ITOs reicht nicht aus, um Flächen, die größer sind als zehn Mal zehn Quadratzentimeter homogen zum Leuchten zu bringen. Das heißt, man muss sich für größere Flächen eine Unterteilung einfallen lassen."
Die Wissenschaftler des IPMS haben deshalb ihren OLED-Kacheln ein metallisches Gitternetz verpasst, das den Strom gleichmäßig verteilt. Und um mehr Licht aus den Leuchtdioden herauszuholen, sind unter anderem spezielle Streufolien auf das Glas aufgebracht worden:
"Auch das ist ja hier von einem britischen Projektpartner realisiert worden. Das sind also ganz feine Strukturen, die auch optisch akkurat sein müssen und das ist nicht so einfach, das auf Flächen aufzuskalieren."
Die neuen Flächen-OLEDs haben eine Lebensdauer von 100.000 Stunden – das sind mehr als elf Jahre Dauerbetrieb. Noch sind ihre Herstellungskosten aber sehr hoch, da momentan nur wenige OLEDS in Pilotanlagen produziert werden. Doch das Fraunhofer IPMS hat auch neue Fertigungstechnologien entwickelt, mit denen die Produktionskosten auf unter 100 Euro pro Quadratmeter Leuchtfläche gesenkt werden können. Voraussetzung dafür sind allerdings sehr viel höherer Stückzahlen. Sie sollen in den nächsten Jahren erreicht werden.