Leuchtende Folien sollen bald LCDs verdrängen

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Leuchtende Folien sollen bald LCDs verdrängen

 
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Leuchtende Folien sollen bald LCDs verdrängen

Displays: Ziel neuer Fertigungstechniken für OLEDs sind niedrigere Preise und längere Lebensdauer

VDI nachrichten, 4.4.2003
Im Rennen um die beste OLED-Herstellungstechnologie verfolgen deutsche Forscherteams zusammen mit dem Elektronikspezialisten Aixtron einen neuen Ansatz.

Displays auf der Basis organischer LEDs gehören noch immer zu den Exoten. Allerdings: Keiner anderen Bildtechnologie wird derzeit soviel Aufmerksamkeit und Zukunftspotenzial zugeschrieben wie den Licht emittierenden Dioden aus organischen Molekülen oder Polymeren.
Der Nutzwert gegenüber den weit verbreiteten Anzeigen auf der Basis anorganischer Kristalle liegt deutlich höher: enorme Leuchtkraft und Farbbrillanz, ein weiterer Betrachtungswinkel, niedriges Gewicht und nicht zuletzt flexible Anzeigeflächen zählen zu den wichtigsten Vorzügen.
Am Dresdner Institut für Photonische Mikrosysteme arbeitet bereits eine Inline-Anlage zur Serienfertigung kleiner Anzeigen. Und so leuchten die OLEDs bereits in einigen Handys, Autoradios oder Spezialgeräten, wenngleich die Kosten noch deutlich über denen der LCD liegen und auch die Lebensdauer mit etwa 30 000 Betriebsstunden nur bei einem Drittel der herkömmlichen Technologie liegt. Weltweit arbeiten Forschungsteams an der Verbesserung der Herstellungstechnologie, um diese beiden wichtigsten Nachteile der OLEDs in den Griff zu bekommen.
Drei Methoden zur Abscheidung der Moleküle, die dann verkapselt den Bildschirm ergeben, kristallisieren sich dabei heraus. Wer das Rennen macht, ist nach Aussage von Prof. Wolfgang Kowalsky von der TU Braunschweig noch offen. „Welches Verfahren sich letztendlich durchsetzt oder ob vielleicht mehrere für die unterschiedlichen Einsatzzwecke eine Zukunft haben, wird sich erst in ein, zwei Jahren sagen lassen“, meint Kowalski
Der Braunschweiger Wissenschaftler vergleicht im Rahmen eines vom Bund für drei Jahre geförderten Projektes die verschiedenen Ansätze. Seit kurzem steht ihm dazu auch ein Testgerät der Firma Aixtron (Aachen) zur Verfügung, das nach Aussagen des Herstellers „einen zwar späten, dafür technologisch um so interessanteren Ansatz“ mit in das Rennen bringt.
Claus Ehrenbeck von Aixtron versichert, durch den Einsatz eines inerten Trägergases die organischen Schichten effizienter und genauer auf die Substrate bringen zu können. „Wir benötigen, anders als die bisher eingesetzten Systeme, kein Vakuum und keine Flüssigkeit als Trägersubstanz, was bisher zahlreiche technologische Probleme mit sich bringt“, so Ehrenbeck.
Das deutsche Entwicklungsnetz um Aixtron setzt auf die Verwendung von kleinen anorganischen Molekülen mit niedrigem Molekulargewicht. Das bei der Beschichtung der Trägermatrix angewendete Verfahren ist dabei vom Grundsatz her ähnlich wie bei der Herstellung herkömmlicher LEDs: Durch „kalte“ Verdampfung eines Targets und Molekültransport in flüssigem Stickstoff werden Schichten durch Kondensation auf ein gekühltes Substrat aufgebracht. Vor kurzem lieferte Aixtron zwei weitere Testgeräte an die Universität Princeton, die den theoretischen Ansatz für diese Technologie entwickelte.
Am Fachbereich Halbleiterphysik der Technischen Universität Chemnitz beteiligt sich ein Team unter Leitung von Prof. Dietrich RT Zahn am Aixtron-Projekt. Für die Gasphasendeposition (OVPD) sollen hier vor allem Systeme zur Messung und Steuerung der Beschichtung entwickelt werden, die auf optischer Spektroskopie basieren.
Bei anorganischen Materialien wird seit kurzem erfolgreich die so genannte Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie zur Regelung und Kontrolle eingesetzt. Das Verfahren nutzt polarisiertes Licht, das nicht direkt in den Prozess eingreift und auch nicht auf Vakuum angewiesen ist. Anhand der reflektierten Lichtsignale lassen sich sogar kristalline Monolagen zählen.
Einziges, allerdings wesentliches Problem: Die bei anorganischen Kristallen wie Galliumarsenid oder Silizium bekannte kubische Symmetrie der Kristalle, die für den genutzten Effekt notwendig ist, fehlt bei den organischen Molekülen. Die Folge: Die bisher genutzten optischen Modelle zur Beschreibung und Auswertung der Messsignale können nicht mehr verwendet werden.
Gesicherte Kenntnisse über das optische Verhalten der neuen organischen Materialien sollen nun aus den Experimenten der Chemnitzer Forscher gewonnen werden. Damit ließe sich erstmals ein Tool zur genauen Dosierung des Materials für die einzelnen Schichten entwickeln. „Die Kalibrierung der Signale stellt völliges Neuland dar“, sagt Professor Zahn.
Die Messreihen umfassen unter anderem Daten zur Lichtreflexion bei unterschiedlichen Einstrahlwinkeln und für die verschiedenen organischen Moleküle, sollen aber zugleich die günstigsten Spektralbereiche des Lichtes ermitteln. Neben den Grundlagen sind noch einige technische Details zu lösen, so die Adaption der Optik an die Produktionsapparatur.
Professor Kowalsky von der TU Braunschweig gibt sich mit Prognosen zurückhaltend: „Es gibt eine unheimlich dynamische Entwicklung auf diesem Gebiet, so dass wir bisher keine Wertungen über die Vorzüge der einzelnen Ansätze wagen möchten.“ Erfreulich sei, dass auf diesem Gebiet zahlreiche Spitzenprodukte aus den deutschen Labors kommen.
Eine recht bedeutsame Feststellung für den Technologiestandort Deutschland: Immerhin gehen die Prognosen von Stanford Research davon aus, dass der gegenwärtig rund 100 Mio. $ große Markt für OLEDs im Jahr 2007 bereits die Marke von 3 Mrd. $ erreichen wird.
Aixtron zeigt mit den ersten Testgeräten, dass die Beschichtung von Substraten mit so genannten kleinen organischen Molekülen auch kostengünstig prinzipiell möglich ist und sich damit extrem dünnschichtige OLEDs für den Massenmarkt herstellen lassen. Bis die letzten offenen Fragen geklärt sind, werden nur noch wenige Jahre benötigt, versichert Aixtron-Sprecher Ehrenbeck. MANFRED SCHULZE

 

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