Neue Werkstoffe: OLED-Folien und -Kacheln als Lichtquellen
Forscher versuchen, die komplizierte Produktion von Leuchtmitteln, die auf OLED-Technologie basieren, zu vereinfachen. Denn die Nutzung neuartiger Materialien für Lampen und andere Alltagsgegenstände verspricht eine große Zukunft.Wie eine Pflanze wächst die Lampe in die Höhe. Eine Glühbirne ist nirgends zu sehen. Die Blätter sorgen für strahlendes Licht. Besser gesagt: die millimeterdünnen Beleuchtungsmodule, die auf der Lampe angebracht sind. Sie ist das Ergebnis der Zusammenarbeit des belgischen Leuchtenherstellers Modular Lighting und des niederländischen Elektronikkonzerns Philips, der einen seiner deutschen Standorte in Aachen hat. Dünne Hightech-Kunststofffolien, die unter Strom gesetzt werden, sogenannte organische lichtemittierende Dioden (OLED), ersetzen die Glühbirne. Und wenn es nach ihren Entwicklern geht, soll die Beleuchtungstechnologie in Zukunft überall dort die Regel sein, wo Leuchtmittel benötigt werden.
Anbieter wie Philips oder die Siemens-Tochter Osram setzen darauf, dass bei Beleuchtung der Bedarf an Neuerungen groß ist. Im Vergleich zu Glühbirne oder Neonröhre haben die organischen Leuchtfolien einiges zu bieten, sie sind etwa extrem effizient. "Anders als bei anderen Lichtquellen kann ich hier einhundert Prozent des Lichts nutzen, das erzeugt wird", erläutert Klaus Meerholz, Professor am Institut für Physikalische Chemie der Universität Köln. 20 Prozent der elektrischen Energie werden heute nach Angaben des Bundesministeriums für Forschung und Bildung weltweit für Beleuchtungszwecke aufgewendet. Der Einsatz innovativer Festkörperlichtquellen, die um ein Vielfaches effizienter sind als Glühlampen, verspricht ein enormes Einsparpotenzial.
In Zukunft: Folien für Tapeten und Wandbilder
OLEDs ermöglichen zudem neue Varianten der Beleuchtung. Sie sind transparent, könnten tagsüber ein Fenster ersetzen und abends für Beleuchtung sorgen. Die flachen Panels lassen sich ohne großen Aufwand in Leuchten, Möbel oder Wände integrieren. Ihr sanftes und blendfreies Licht ähnelt dem Tageslicht. Im Gegensatz zu Halogenlampen, Neonröhren oder Glühlampen können die Leuchtfolien ihr Licht auch über eine größere Fläche abgeben. Deswegen träumen Produktdesigner bereits von Folien, die in allen denkbaren Farben leuchten, fluoreszierenden Tapeten oder interaktiven Wandbildern. Das ist aber Zukunftsmusik. "Die Dünnschichtverkapselung von organischen Schichten auf flexiblen Displays ist prinzipiell machbar, aber noch gibt es kein Material, das auf Dauer stabil genug ist", sagt Meerholz. Am besten funktioniert die Produktion der Leuchtschichtmodule, wenn die Kohlenstoffringstrukturen, aus denen die Halbleiterlagen bestehen, auf starre Kacheln aufgebracht werden, auch wenn diese nur äußerst dünn sind.
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Hersteller wie Sony, LG Electronics oder Samsung nutzen die Technologie vor allem, um ultrascharfe und leuchtstarke Bildschirme zu bauen. Zum einen lassen sich so Fernseher herstellen, die um einiges schlanker sind als derzeit gängige Geräte. Zum anderen winkt mit Smartphone-Displays ein Riesengeschäft.
Viele Schichten, zig Materialien, wenige Nanometer
Dazu müssen sich OLED-Beleuchtungen erst noch entwickeln - und zwar nicht nur, weil die Leuchtfolie zum Zerknüllen auf sich warten lässt. Auch die Produktion von starren OLEDs ist kompliziert. Auf weniger als ein Millimeter dünne Glassubstrate, die mit einer transparenten, elektrisch leitenden Kontaktschicht versehen sind, werden nacheinander die einzelnen, meist auf Kohlenstoff basierenden Substanzen aufgedampft. Am Ende versehen die Ingenieure die OLED mit einer Glaskappe, um die Kunststoffschichten vor Sauerstoff und Feuchtigkeit zu schützen. "Für eine Leuchte dampfen wir 15 Schichten auf, die aus 18 bis 20 Materialien bestehen", erläutert Dietrich Bertram, Geschäftsführer der Global Business Unit OLED bei Philips: "Trotzdem sind die Schichtstapel nur 100 Nanometer dünn." Wie Computerchips werden die OLEDs in Reinräumen produziert. Jedes kleinste Staubkörnchen könnte beim Beschichten die Kohlenstoffringstrukturen, aus denen die Halbleiterlagen bestehen, zerstören.
Trotzdem dürfen die OLED-Kacheln nicht teuer sein, weil die Preise für Leuchtmittel knapp kalkuliert werden müssen. "Klassische Glühbirnen sind eben extrem billig", sagt Bertram. Deshalb versucht die Branche fieberhaft, immer bessere organische Verbindungen zu finden, die das Erzeugen von immer stabileren und kompakteren Schichten für die Module in großen Mengen ermöglichen.
Konzerne arbeiten an der Eleganz
Zugleich arbeiten die Produzenten an Lösungen, mit denen sich die neuartigen Leuchtmittel möglichst einfach in die Produktwelt integrieren lassen, die den Verbrauchern bereits bekannt ist. Ein Beispiel sind von Philips entwickelte OLED-Kacheln, die mit 230-Volt-Wechselstrom funktionieren und direkt an die heimische Steckdose angeschlossen werden können. "Eigentlich sind die OLEDs Niedrigspannungsbauteile, die mit Gleichstrom arbeiten", sagt Bertram: "Also muss man immer irgendwo einen Trafo unterbringen. Das beeinträchtigt natürlich die Eleganz eines solchen Produkts." Auch solche Innovationen sind nötig, damit sich die OLEDs als Leuchtmittel in der Breite durchsetzen. Philips hat in Aachen ein Designzentrum ins Leben gerufen: Im vorigen Sommer startete Lumiblade Creative Lab in einer ehemaligen Bildröhrenfabrik. Hier stehen Elektronik- und Materialien-Know-how zur Verfügung, um Designer bei der Anwendungsentwicklung für OLED-basierte Leuchten und andere Produkte zu unterstützen.
Lampen, die mithilfe von OLED leuchten, sind für Meerholz nur der Anfang. Mit Philips und dem Chemiekonzern Merck arbeitet sein Team an der Uni daran, nicht nur leuchtende Kacheln und Folien herzustellen. Ihr Ziel sind dreidimensionale Bauteile, die leuchten. "Hier reden wir nicht mehr über Displays, sondern zum Beispiel über Rückleuchten für Automobile", sagt Meerholz. Die Form der Spritzgussteile am Auto ist in der Regel willkürlich und orientiert sich am Design. Einfach eine Folie über sie zu legen, ist unmöglich. "Dafür braucht man eine wirkliche 3-D-Form", sagt Meerholz: "Das ist der eigentliche Zukunftsmarkt für diese Technologie.
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FTD.de, 08.03.2011
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