Technik
Licht 9 | 2019

Flexible OLED-Beleuchtung kostengünstiger fertigen

Neue OLED-Pilotlinie LYTEUS

Das von der Europäischen Kommission geförderte Projekt PI-SCALE ist nun erfolgreich abgeschlossen. Damit steht eine OLED-Pilotlinie unter dem Namen LYTEUS bereit, um die neue Technik auszuloten.

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Abb.: Die Olessence-Baureihe verbindet OLED und LED. Foto: Acuity Brands Lighting

OLEDs sind extrem dünn, haben ein gleichmäßiges, weitgehend blendfreies Licht, lassen sich stufenlos dimmen und sind farblich extrem flexibel zu steuern. Tagsüber können sie transparent und abends taghell sein. Lebensdauer und Helligkeit kommerziell erhältlicher OLEDs sind vergleichbar mit der von LEDs, werden aber nicht so heiß. Dazu sind sie umweltfreundlich, da sie keine Giftstoffe enthalten, recycelfähig sind und wenig Strom brauchen. Sie haben eine hohe Lichtausbeute und mittlerweile eine lange Lebensdauer.

Ein weiterer Vorteil: Die Emissionsspektren der OLEDs haben kein Tiefblau bzw. UV und sind somit angenehm für das Auge. Bei OLEDs sind die organischen Schichten zwischen zwei großflächigen Elektroden, einer Kathode und einer Anode eingebettet. Genau wie bei LEDs bestimmt das Emittermaterial die Farbe des Lichts.

Eines der ersten flexiblen OLED-Panels hat OLEDWorks auf den Markt gebracht. »Dieses Panel namens Lumicurve Wave, besteht aus 0,1 Millimeter dickem Corning Willow-Glas, ist insgesamt etwa 0,6 Millimeter dick und gehört damit zu den dünnsten OLED-Produkten, die momentan zu kaufen sind«, so Ron Schimmelpenning, Vice president – Design Engineering bei Acuity Brands Lighting. OLEDWorks preist es mit einer Effizienz von 66 lm/W und einer Lebensdauer bis zu 50.000 Stunden an.

Abb.: Die Flexibilität der Paneele eröffnet ganz neue Einsatzmöglichkeiten, z. B. im Auto-Innenraum. Foto: Fraunhofer FEP

Mit LYTEUS das OLED-Potential ausloten

In dem Verbundforschungsprojekt PI-SCALE schaffte man es noch etwas dünner und heller zu werden und präsentierte gleichzeitig eine preissenkende Herstellungsmethode: die Rolle-zu-Rolle-Fertigung. Diese neue Herstellungstechnologie wird jetzt in einer verteilten Pilotlinie mit dem Namen LYTEUS getestet. Partner im Projekt sind die Forschungsinstitute Fraunhofer FEP, VTT, Holst Centre/TNO, CPI und die Unternehmen Audi, Rehau, Pilkington und EMDE. Claudia Keibler-Willner, Abteilungsleiterin für flexible organische Elektronik am Fraunhofer FEP berichtet: »Die Nutzung des Rolle-zu-Rolle-Verfahrens stellt eine signifikante Kostensenkung der künftigen Bauelemente in Aussicht.« Dr. Gotthard Weißflog, Manager des OLAB-Netzwerks, schätzt, dass sich der Preis durch die R2R-Fertigung auf unter 100 US-Dollar/m² reduzieren lässt, wenn eine kontinuierliche Fertigung mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/s möglich ist. Im Projekt konnte u. a. ein OLED-Demonstrator von 30 cm × 180 cm hergestellt werden, bei einer Dicke des OLED-Moduls von nur ca. 420µm. Jetzt soll das Verfahren in Richtung Massenfertigung optimiert werden. LYTEUS bietet momentan eine Bahnbreite von 30 cm. Die technologieverwandte organische Photovoltaik eröffnet hier eine Perspektive bis zu 120 cm.

Die neuen, hybriden OLEDs vereinen gedruckte und aufgedampfte Schichten. Die Passivierungsschichten, die Metallverstärkung und eine Organikschicht wurden im Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf Barrierefolien mittels Schlitzdüsenbeschichtung hergestellt. Alle weiteren Schichten der OLED wurden im Vakuum aufgedampft. Die gedruckte Metallisierung um die gesamte Fläche des Bauelementes erlaubt eine sehr homogene Lichtauskopplung. Die Flexibilität der Paneele hängt dabei stark vom gewählten Substrat ab. OLED-Module auf Polymerfolie können mit Radien bis 10mm und kleiner gebogen werden. »Durch die Kombination von gedruckten und verdampften Schichten lassen sich der Prozessdurchsatz und die Produktionsgeschwindigkeit um das bis zu 100-Fache erhöhen«, freut sich Claudia Keibler-Willner.

Abb.: Im Projekt PI-SCALE wurde eine der weltweit längsten OLED-Panels hergestellt. Foto: Fraunhofer FEP John Geven Studio's

Noch nicht viel los auf dem OLED-Markt

Gotthard Weißflog stellt fest: »Die Branche ist noch nicht im Massenmarkt angekommen. Die Liste der Hersteller von OLEDs ist nicht sehr lang.« Bisher haben nur zwei Hersteller groß in die industrielle Fertigung investiert: OLEDWorks mit mittlerweile einem Potential von mehreren 10.000 m² Jahresproduktion und LG, die sich inzwischen allerdings auf das boomende OLED-TV Business konzentrieren.« Eine Lebensdauer von bis zu 100.000 Stunden und eine Energieeffizienz bis zu 85 lm/W bei den starren OLEDs der »LUMIBLADE BRITE 3« von OLEDWorks zeigen, dass die OLED gegenüber der anorganischen LED konkurrenzfähig ist. Auch Ron Schimmelpenning ist sich sicher, dass OLED- und LED-Beleuchtung deshalb weiter nebeneinander koexistieren werden.

»Die Herstellungskosten bei den führenden Herstellern liegen derzeit vermutlich unter 100 Euro pro Kilo-Lumen«, schätzt Gotthard Weißflog. Mit dem Aufkommen von OLEDs mit hoher Helligkeit (bis zu 8.500 cd/m2) ist es möglich, die gleiche Beleuchtungsstärke mit etwa der Hälfte der OLED-Fläche zu erzeugen. Das allein ist schon eine enorme Kostenersparnis gegenüber früheren OLED-Generationen.

Für die Zukunft sollten die OLEDs von enormen Fortschritten der Displaytechnologie profitieren, aber wie es konkret weiter geht, ist noch offen. Jedenfalls Acuity, die aus den OLEDs von OLEDWorks Beleuchtung macht, kombiniert bei Leuchten für Büros OLEDs und LEDs um den Massenmarkt zu erreichen. Aber damit der OLED-Beleuchtungsmarkt sein Potenzial voll entfalten kann, braucht er mehr Aufmerksamkeit und mehr Leuchtenhersteller, die OLED-Beleuchtungslösungen zu bezahlbaren Produkten machen. Beleuchtungen für Automotive sind eine weitere Option, um hohe Stückzahlen verkaufen zu können.

Weitere Informationen:

Fraunhofer FEP, Dresden, https://www.fep.fraunhofer.de

Acuity Brands Lighting, Inc., Conyers, USA, https://www.acuitybrands.com

Ingenieurbüro TPD/ Netzwerk OLAB, Jena, https://oled-olab.net

Autorin: Barbara Stumpp, Freiburg

Dieser Artikel ist erschienen in

Licht 9 | 2019

Erschienen am 25. November 2019