Flexibilität

Gekrümmte Leuchtflächen

Faszinierende Eigenschaften

Der “Heilige Gral” bei den OLED Features ist die Möglichkeit, sie auf Folien zu fertigen. OLED Leuchtfolien gewinnen eine spezielle Attraktivität durch neue Designmöglichkeiten – gekrümmte Oberflächen und Flexibilität – sowie ihr geringes Gewicht und ihre Unzerbrechlichkeit. Bei der Herstellung solcher Bauteile gibt es allerdings noch Herausforderungen zu meistern, die bei normalen glasbasierten OLEDs schon gelöst sind. Dies beinhaltet eine flexible Verkapselung, die Materialwahl beim Substrat und die Technologie der transparenten Elektroden.

Da OLEDs extrem empfindlich gegen Sauerstoff und Feuchtigkeit sind, müssen sie hermetisch gegen diese Umwelteinflüsse abgedichtet werden. Bei starren OLEDs kann dies relativ einfach durch einen Glas- oder Metalldeckel gelöst werden. In flexiblen OLEDs ist allerdings die sogenannte Dünnfilmverkapselung (TFE, engl. „thin film encapsulation“) eine Grundvoraussetzung für eine dichte Verkapselung, die mechanische Bewegungen mitmachen kann. Eine TFE besteht typischerweise aus einer oder mehreren oxidischen oder nitridischen Schichten mit einer Dicke im Nano-/Mikrometermaßstab, die über sogenannte CVD- oder ähnliche Prozesse aufgebracht werden (CVD: engl. „chemical vapor deposition“). Oxide und Nitride sind typischerweise recht brüchig, aber in sehr dünnen Lagen können Krümmungsradien bis hinunter zu wenigen Zentimetern realisiert werden.

Flexible OLEDs wurden schon auf Plastik- und auf Metallfolien gezeigt, die beide ihre Vor- und Nachteile haben. Auf der einen Seite sind transparente Plastikfilme wie PET oder PEN kompatibel mit klassischen Bottom Emitter Bauteilarchitekturen, wie man sie von glasbasierten OLEDs kennt. Darüber hinaus könnten OLEDs gleichzeitig flexibel und transparent ausgeführt werden. Nachteilig sind allerdings die intrinsisch schlechten Verkapselungseigenschaften.

Auf der anderen Seite sind Metallsubstrate robust und temperaturstabil, intrinsisch dicht gegenüber Sauerstoff und Wasser und thermisch sehr gut leitfähig. Ihr Nachteil liegt in der rauen Oberfläche, die Planarisierungsschichten erfordert. Weiterhin sind sie nicht transparent, was den Einsatz einer sogenannten Top Emitter Bauteilarchitektur notwendig macht. Bei einem solchen Setup wird das Licht vom Substrat durch die transparente Top-Elektrode und die transparente Verkapselung ausgekoppelt.

Top Emitter Struktur, wie sie in OLEDs auf Metallsubstraten zum Einsatz kommt

In Glas-OLEDs setzt man typischerweise Indiumzinnoxid (ITO, engl. „indium tin oxide“) als transparente Elektrode ein. Da dieses Material beim Prozessieren hohe Temperaturen erfordert, ist es für flexible OLEDs nicht ideal, da es auf den organischen Schichtstapel aufgebracht werden muss und dort Schäden verursachen kann. Auch ein Plastiksubstrat besteht aus organischem Material und muss auf Kompatibilität mit Hochtemperaturprozessen untersucht werden . Weiterhin ist ITO recht brüchig, so dass dünne Metallelektroden (TME, engl. „thin metal electrodes“) aufgrund ihrer Duktilität eine gute Alternative darstellen könnten. Diese Elektroden können mit einem niedrigeren Temperaturbudget aufgebracht werden und sollten den mechanischen Biegestress besser aushalten. Dafür müssen allerdings Lösungen gefunden werden, um Licht mit einer guten Farbqualität zu erzeugen, da durch TME eine spezielle Mikrokavität geschaffen wird.

Die aktuellen Herausforderungen bei der mechanisch stabilen Verkapselung, der Substratwahl und der Technologie der transparenten Elektroden machen klar, dass vor der Industrialisierung von flexiblen OLEDs noch einige Forschungs- und Entwicklungsarbeit nötig ist.

Letztendlich muss angemerkt werden, dass die hier beschriebene Technologie auf Folien nicht zu freien 3D-Oberflächen führt. Die Folien können an jedem Punkt ihrer Oberfläche nur in eine Richtung gekrümmt werden, so dass lediglich sogenannte 2.5D-Strukturen erzeugt werden können.

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Potenzielle Anwendungen