Dr. Christian May ist in seinem Element. Gerade erläutert der Werkstoffwissenschaftler des Fraunhofer-Institutes seinen Kollegen den Ausrüstungsstand seiner neuesten Errungenschaft, einer sogenannten Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage.
"An der geöffneten Anlage kann man jetzt schön die einzelnen Verdampfer sehen. Da oben ist der erste Prototyp eines Organik-Verdampfers. Organik hat die Anlage noch nicht gesehen."
Von außen sieht sie aus wie ein großer Stahlquader von etwa drei Meter Höhe, 3,5 Meter Länge und 1,5 Meter Breite. In diesem sollen Plastikfolien unter Luftabschluss mit organischen Schichten bedampft werden, um aus ihnen großflächige organische Leuchtdioden, sogenannte Oleds, herzustellen.
"Die Maschine befindet sich jetzt in einem sehr guten Zustand, das heißt, das Vakuum ist stabil und sicher. Wir haben keine Leckagen mehr. Das Antriebssystem für unsere Folien und Metallbänder funktioniert gut, so dass wir uns jetzt den eigentlichen Aufdampfprozessen widmen können und in den allernächsten Tagen werden wir dann dazukommen, auch hier die erste organische Schicht abzuscheiden in dieser Anlage."
Noch ist eine der drei Zentimeter dicken Seitenwände geöffnet und gibt den Blick auf das Innere frei. Auf der einen Seite mehrere Rollen mit aufgewickelter Plastikfolie - Auf der anderen Seite eine große Rolle, auf der die Folie nacheinander an mehreren so genannten Verdampfern vorbeigedreht wird. Die sind innen an der Gehäusewand angebracht und sollen auf der Folie mehrere Schichten aufbringen, aus denen die Oled dann besteht: Direkt auf der Folie eine Anode, dann folgen mehrere organische Schichten, unter anderem eine sogenannte Emitterschicht. Diese bestehen aus Polymeren, die entweder selbst elektrisch leitfähig sind, oder aber zum Beispiel durch Zugabe von Metallpulver leitend gemacht werden. Daneben enthalten diese Schichten Farbstoffe, die auch schon in Autolacken verwendet werden. Als oberste Schicht wird schließlich die metallische Kathode aufgedampft. Liegt zwischen ihr und der Anode eine Gleichspannung an, dann funktioniert die Oled genauso wie eine metallische Leuchtdiode, erläutert Professor Karl Leo, der Direktor des Fraunhofer IPMS:
"Also ist im Prinzip genauso ein p-n-Übergang wie bei den anorganischen Leuchtdioden. Man schickt praktisch von der einen Seite ein Elektron rein, von der anderen Seite ein Loch, einen unbesetzten Elektronenzustand. Und dieses Elektron fällt dann nach unten und gibt diese Energie als Licht ab."
Welche Farbe das Licht hat, bestimmen die Menge der Energie, die das Elektron abgibt, nachdem es auf ein Loch getroffen ist, und die Substrate, die in der Emitterschicht verwendet werden. Die so leuchtenden Oleds können im Idealfall in einer Breite von bis zu 30 Zentimetern und mehreren Metern Länge hergestellt werden. Damit eröffnen sich ganz neue Anwendungsmöglichkeiten. Leo:
"Man könnte also in Zukunft statt eine Leuchtstoffröhre an die Decke zu schrauben, diese Folie anbringen. Man könnte also auch in die Kleidung Leuchtdioden integrieren, in Taschen, das ist problemlos möglich. Wir sehen aber genauso auch noch die Anwendung als Solarzelle, also die Umkehrung der Leuchtdiode, wo man dann die Dächer mit dieser Folie belegen könnte."
Doch bevor sie daran denken können, müssen die Dresdner Forscher eine Lösung für die Umhüllung der organischen Schichten finden, denn diese werden durch Wasser und Luft zerstört. Dr. Christian May skizziert das Hauptproblem:
"Bei den Oleds, die man im Moment auf Glas herstellt, löst man das Problem der Verkapselung so, indem dort ein Glasdeckel aufgeklebt wird ... Das verbietet sich natürlich für unsere flexiblen Substrate. Das heißt, wir brauchen hier genauso eine flexible Verkapselung, die entweder direkt auf das Substrat, auf den fertigen Oled-Stapel aufgetragen wird oder später in Form einer vorher beschichteten Folie auflaminiert wird."
Bis Ende des Jahres wollen die Forscher des IPMS erste einfarbige Oleds herstellen. Das Ziel soll sein, schließlich ein reines Weiß zu erhalten. Denn danach ist es möglich, durch das Weglassen bestimmter Substrate beim Aufdampfen beinahe jede beliebige Farbe zu erzeugen. Dadurch werden die Oleds auch als Werbetafeln oder großflächige Anzeige-Displays nutzbar, die so dünn sind, dass sie auf eine Häuserwand tapeziert werden könnten.
"An der geöffneten Anlage kann man jetzt schön die einzelnen Verdampfer sehen. Da oben ist der erste Prototyp eines Organik-Verdampfers. Organik hat die Anlage noch nicht gesehen."
Von außen sieht sie aus wie ein großer Stahlquader von etwa drei Meter Höhe, 3,5 Meter Länge und 1,5 Meter Breite. In diesem sollen Plastikfolien unter Luftabschluss mit organischen Schichten bedampft werden, um aus ihnen großflächige organische Leuchtdioden, sogenannte Oleds, herzustellen.
"Die Maschine befindet sich jetzt in einem sehr guten Zustand, das heißt, das Vakuum ist stabil und sicher. Wir haben keine Leckagen mehr. Das Antriebssystem für unsere Folien und Metallbänder funktioniert gut, so dass wir uns jetzt den eigentlichen Aufdampfprozessen widmen können und in den allernächsten Tagen werden wir dann dazukommen, auch hier die erste organische Schicht abzuscheiden in dieser Anlage."
Noch ist eine der drei Zentimeter dicken Seitenwände geöffnet und gibt den Blick auf das Innere frei. Auf der einen Seite mehrere Rollen mit aufgewickelter Plastikfolie - Auf der anderen Seite eine große Rolle, auf der die Folie nacheinander an mehreren so genannten Verdampfern vorbeigedreht wird. Die sind innen an der Gehäusewand angebracht und sollen auf der Folie mehrere Schichten aufbringen, aus denen die Oled dann besteht: Direkt auf der Folie eine Anode, dann folgen mehrere organische Schichten, unter anderem eine sogenannte Emitterschicht. Diese bestehen aus Polymeren, die entweder selbst elektrisch leitfähig sind, oder aber zum Beispiel durch Zugabe von Metallpulver leitend gemacht werden. Daneben enthalten diese Schichten Farbstoffe, die auch schon in Autolacken verwendet werden. Als oberste Schicht wird schließlich die metallische Kathode aufgedampft. Liegt zwischen ihr und der Anode eine Gleichspannung an, dann funktioniert die Oled genauso wie eine metallische Leuchtdiode, erläutert Professor Karl Leo, der Direktor des Fraunhofer IPMS:
"Also ist im Prinzip genauso ein p-n-Übergang wie bei den anorganischen Leuchtdioden. Man schickt praktisch von der einen Seite ein Elektron rein, von der anderen Seite ein Loch, einen unbesetzten Elektronenzustand. Und dieses Elektron fällt dann nach unten und gibt diese Energie als Licht ab."
Welche Farbe das Licht hat, bestimmen die Menge der Energie, die das Elektron abgibt, nachdem es auf ein Loch getroffen ist, und die Substrate, die in der Emitterschicht verwendet werden. Die so leuchtenden Oleds können im Idealfall in einer Breite von bis zu 30 Zentimetern und mehreren Metern Länge hergestellt werden. Damit eröffnen sich ganz neue Anwendungsmöglichkeiten. Leo:
"Man könnte also in Zukunft statt eine Leuchtstoffröhre an die Decke zu schrauben, diese Folie anbringen. Man könnte also auch in die Kleidung Leuchtdioden integrieren, in Taschen, das ist problemlos möglich. Wir sehen aber genauso auch noch die Anwendung als Solarzelle, also die Umkehrung der Leuchtdiode, wo man dann die Dächer mit dieser Folie belegen könnte."
Doch bevor sie daran denken können, müssen die Dresdner Forscher eine Lösung für die Umhüllung der organischen Schichten finden, denn diese werden durch Wasser und Luft zerstört. Dr. Christian May skizziert das Hauptproblem:
"Bei den Oleds, die man im Moment auf Glas herstellt, löst man das Problem der Verkapselung so, indem dort ein Glasdeckel aufgeklebt wird ... Das verbietet sich natürlich für unsere flexiblen Substrate. Das heißt, wir brauchen hier genauso eine flexible Verkapselung, die entweder direkt auf das Substrat, auf den fertigen Oled-Stapel aufgetragen wird oder später in Form einer vorher beschichteten Folie auflaminiert wird."
Bis Ende des Jahres wollen die Forscher des IPMS erste einfarbige Oleds herstellen. Das Ziel soll sein, schließlich ein reines Weiß zu erhalten. Denn danach ist es möglich, durch das Weglassen bestimmter Substrate beim Aufdampfen beinahe jede beliebige Farbe zu erzeugen. Dadurch werden die Oleds auch als Werbetafeln oder großflächige Anzeige-Displays nutzbar, die so dünn sind, dass sie auf eine Häuserwand tapeziert werden könnten.