Neues Herstellungsverfahren soll OLEDs biliger machen

Experten des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik (ILT) in Aachen arbeiten gemeinsam mit Philips an einem Verfahren, um Organische Leuchtdioden (OLEDs) deutlich größer und billiger zu machen – und damit tauglich für den Massenmarkt. OLEDs gelten als Basis für eine neue Lampengeneration: großflächig, beliebig formbar und flexibel in die Innenarchitektur integrierbar. Der Haken: Eine flache Scheibe mit einem Durchmesser von acht Zentimetern kostet derzeit rund 250 Euro.

Der hohe Preis liegt vor allem im aufwändigen Herstellungsprozess begründet. Eine OLED-Leuchte hat einen sandwichartigen Schichtaufbau: unten eine flächige Elektrode, darüber diverse Zwischenschichten sowie die eigentliche Leuchtschicht aus organischen Molekülen. Den Abschluss bildet eine zweite Elektrode aus dem Spezialmaterial Indiumzinnoxid (englisch indium tin oxide, kurz ITO). Gemeinsam mit der unteren Elektrode hat die ITO-Schicht die Aufgabe, die OLED-Moleküle mit Strom zu versorgen und dadurch zum Leuchten zu bringen.

Das Problem: Die ITO-Elektrode ist nicht leitfähig genug, um den Strom gleichmäßig über eine größere Fläche zu verteilen. Die Folge: Statt ein homogenes Leuchtbild abzugeben, nimmt die Helligkeit in der Mitte der Flächenleuchte sichtbar ab. „Um das auszugleichen, bringt man zusätzliche Leiterbahnen auf die ITO-Schicht auf“, sagt Christian Vedder, Projektleiter am ILT. „Diese Leiterbahnen bestehen aus Metall und verteilen den Strom gleichmäßig über die Fläche, so dass die Lampe homogen leuchtet.“

Üblicherweise werden die Leiterbahnen durch einen energieintensiven Aufdampfprozess aufgebracht: „Bei dieser Methode werden nur maximal zehn Prozent des aufgebrachten Metalls verwendet. Der große Rest einschließlich der chemischen Ätzmittel muss aufwändig entsorgt werden“, so Vedder. Anders bei dem neuen Verfahren: Statt viel Material aufzudampfen und das meiste davon wieder zu entfernen, bringen die Wissenschaftler nur genau so viel Metall auf, wie benötigt wird. Zunächst legen sie eine Maskenfolie auf die Oberfläche der ITO-Elektrode. Dort, wo später die Leiterbahnen sein sollen, sind in der Maske mikrometerfeine Schlitze eingebracht. Auf diese Maske legen die Forscher eine dünne Metallfolie aus Aluminium, Kupfer oder Silber – dem Metall, aus dem die Leiterbahnen bestehen sollen.

Danach fährt ein Laser mit einer Geschwindigkeit von mehreren Metern pro Sekunde das Leiterbahnmuster ab. Das Metall schmilzt und verdampft; der Dampfdruck sorgt dafür, dass die Schmelztropfen durch die feinen Ritzen in der Maske auf die ITO-Elektrode gedrückt werden. Als Ergebnis entstehen extrem feine Leiterbahnen. Mit bis zu 40 Mikrometern sind sie deutlich schmaler als die 100 Mikrometer breiten Leiterbahnen, die man mit konventioneller Technik herstellen kann.

„Im Labor konnten wir bereits zeigen, dass unsere Methode funktioniert“, sagt Vedder. „Der nächste Schritt ist, das Verfahren gemeinsam mit Philips in die industrielle Praxis umzusetzen und eine Anlagentechnik zu entwickeln, mit der sich die Leiterbahnen im großen Maßstab kostengünstig aufbringen lassen.“ In zwei bis drei Jahren könnte das neue Laserverfahren praxisreif sein.