Organisch leuchtende Zukunft

An Japans Aktienmarkt brach vorigen Freitag kurz Jubel aus. KonicaMinolta stieß nach dem Verkauf seiner Spiegelreflexkamera-Sparte an Sony in einen neuen, viel versprechenden Geschäftszweig vor. Als erstes Unternehmen weltweit kündete es an, 2007 eine Lampe aus organischen Leuchtdioden (OLED) einzuführen, die so hell leuchtet und solange hält wie eine Leuchtstoffröhre. Um fünf Prozent sprang KonicaMinoltas Kurs nach der Nachricht nach oben.

Auch Merck – dessen wichtiges Flüssigkristallgeschäft langfristig durch die Ersetzung von Flüssigkristall- mit OLED-Bildschirmen leiden wird – überlegt mit der Vermarktung dieser neuartigen Leuchten zu beginnen. Das Unternehmen will bei der neuen Technik gleich doppelt mitspielen: Als Lieferant der Leuchtstoffe und Produzent von OLED-Bauteilen für Lampen.

OLED-Pionier Professor Junji Kido, der ein Forschungsprojekt zur Anwendung organsicher Elektronik des japansichen Wirtschafts- und Handelsministerium (MITI) leitet, freut sich über die Nachrichten: „Vom nächsten Jahr oder spätestens 2008 wird der Durchbruch für OLEDs für Displays und Lampen kommen.“ Bisher galten die OLEDs als ewiges Talent. Ihr Funktionsprinzip ist zwar brillant. OLEDs bestehen aus organischen, halbleitenden kleinen Molekülen oder Polymeren, die auf einen Träger aus Glas oder flexiblen Folien aufgedampft werden. Historisch setzten Europa und die USA auf Polymere, Japan eher auf kleine Moleküle. Derzeit dominiert jedoch global die fernöstliche Lösung, denn die Atomkettchen haben eine bessere Energieeffizienz und eine längere Haltbarkeit als Polymere.

Werden die Dioden unter elektrische Spannung gesetzt, leuchten sie. Technisch sind OLED-Bildschirme Flüssigkristall-Displays (LCD) eigentlich überlegen: OLED-Displays lassen sich weit dünner fertigen und verbrauchen weniger Strom als die heutigen LCDs, denn sie kommen wegen ihrer selbst leuchtenden Eigenschaften anders als LCDs ohne Hintergrundbeleuchtung aus. Zudem ist die Bildqualität im Unterschied zu LCDs nicht vom Blickwinkel des Bertrachters abhängig und die OLEDs schneller als Flüssigkristalle und eigenen sich damit besser für die Darstellung schneller Bewegungen.

Doch OLEDs haben auch Nachteile, die ihren schon seit Jahren herbei geschriebenen Durchbruch immer wieder verzögerten. Zum einen verlieren die roten, grünen und blauen Farbpixel ihre Leuchtkraft unterschiedlich schnell, so dass die Farben von OLED-Displays nach relativ kurzer Zeit ausgewaschen wirkten. Zum anderen sind sie teurer als LCDs. „Wir mussten mit dem rasanten Preisverfall der LCDs konkurrieren“, erklärt Kido die Hängepartie. Daher kamen OLED-Display lediglich in Digitalkameras und Handys (und hier meist als kleine Subdisplays) zum Einsatz.

Doch die Langlebigkeit der Farbpixel steigt, die Kosten sinken. „Ab nächstem Jahr oder 2008 werden wir viel mehr OLED-Displays sehen“, sagt Kido. In Nokia-Handys zum Beispiel. Oder auch als große Bildschirme. „Die LCD-Hersteller investieren viel in OLEDs“, sagt Kido. Samsung SDI aus Südkorea hat bereits angekündigt, bis 2008 einen 30-Zoll OLED-Bildschirm auf den Markt zu bringen. Bis zur Ersetzung von LCD und Plasma-TVs durch OLEDs werden zwar noch mindestens zehn Jahre vergehen. Der Preis der OLED-Displays wird viel niedriger als der von LCDs sein, weil weniger Teile zur Herstellung benötigt werden.

Doch die zweite große Anwendung sind Lampen. „Als Lichtquelle sind OLEDs für uns relativ neu, aber ebenfalls sehr viel versprechend“, sagt Kido. Und dann kommt er ins Schwärmen über die Vorzüge der OLED-Lampe.

1. Im Gegensatz zu Leuchtstoffröhren sind OLEDs frei von hochgiftigem Quecksilber

2. Sie setzen Strom viel effizienter als Leuchtstoffröhren um, und können damit – wenn sie dann an ihr theoretisches Limit von 200 Lumen pro Watt entwickelt sein werden – die gleiche Leistung mit 25 Prozent des Stromverbrauchs erzielen, rechnet Kido vor

3. OLEDs erlauben hauchdünne Lampen. In den nächsten fünf Jahren werden die Leuchtmoleküle voraussichtlich noch auf Glas aufgedampft, glaubt Kido. Danach werden die biegsamen Lampen kommen, bei denen die Dioden auf Kunststofffilmen haften. „Dies erlaubt ein total neues Lampendesign“, so Kido.

4. Der Farbcharakter des Lichts lässt sich durch die richtige Mischung der roten, grünen und blauen Dioden stufenlos einstellen. So können die OLEDs im Gegensatz zu Neonröhren mit einem Wert von 95 Prozent auf dem Farbwiedergabeindex eine fast perfekte Farbwiedergabe erreichen. Neonröhren erreichen Werte zwischen 70 und 80.

5. Und im Gegensatz zu anorganischen LEDs, die schon heute als Mini-Lampen eingesetzt werden, leuchten die organischen nicht von einem Punktförmig, sondern flächig. Das macht organische LEDs auch billiger als anorganische. Nach Kidos Kalkulation braucht man 6000 LEDs, um einen 13 Quadratmeter großen Raum auszuleuchten. Bei einem Stückpreis von 20 Yen das Stück multipliziert sich die Dioden-Deckenleuchte auf 120000 Yen (850 Euro). Bei der gleichwertigen 60 mal 60 Zentimeter große OLED-Leuchte werden die Dioden einfach im Vakuum aufgedampft. Kidos Fernziel ist, eine ein mal ein Meter große Flachlampe für 100 Dollar herzustellen.

Die Einsatzbereiche der neuen Technik sind riesig. Durch die hohe Farbechte sind OLED-Lampen Ideal für Museen, die Einstellung der Farbeigenschaften wird sie für Supermärkte (die zum Beispiel gerne rötliches Licht einsetzen), Büros (eher bläulich) oder die Wohnung (eher gelblich Lichtton) attraktiv machen. Die Dünne und Biegsamkeit des Produkt lässt Innendesigner von Häusern, Autos und Flugzeugen jauchzen. Selbst als Autorückleuchte eignen sich OLED-Lampen. Wegen all dieser Vorzüge sagt die japanische Industrievereinigung der Lampenhersteller voraus, dass OLEDs im Jahr 2020 60 Prozent von Japans Lampenmarkt ausmachen werden.

Das Problem: Die OLED kommen heute gerade erst in das Entwicklungsstadium, in denen sie Leuchtstofflampen das Wasser reichen können.

Herausforderung Helligkeit: Kidos just vor zwei Wochen vorgestellte weiße OLED strahlt mit 62 Lumen pro Watt (lm/W) fast so hell wie eine Neonlampe. KonicaMinolta übertrumpfte seine Leuchte nur eine Woche später mit 64 lm/W. Merck macht beim Wettrennen um Strahlkraft nicht mit, weil es bisher auf schwächer leuchtende Lampen aus Polymeren setzt. Bis die theoretischen 200 lm/W verwirklicht werden, vergehen wohl noch 15 Jahre, unkt Kido. „Wir haben bis zum heutigen Stand auch 17 Jahre entwickelt.“ Während KonicaMinolta auf mit ihrem Produkt Zimmer erhellen wollen, denkt Merck an Ambiente Beleuchtung.

Herausforderung Haltbarkeit: KonicaMinolta verspricht, dass die Leuchtkraft der OLEDs sich erst nach 10.000 Stunden Betriebszeit halbiert. Damit entspräche die Haltbarkeit zwar ungefähr der von den konkurrierenden Edelgasgefüllten Röhrenlampen, aber es sei immer noch viel zu kurz. Das Problem: Höhere Energieeffizienz geht auf Kosten der Haltbarkeit. Die Kunst besteht darin, den Mittelweg zu finden.

Herausforderung Kosten: KonicaMinolta spricht zwar davon, die neuen Lampen zu einem wettbewerbsfähigen Preis auf den Markt zu werfen. „Aber da müssen sie noch viel tun“, ätzt Kido. Seiner Einschätzung nach kosten OLEDs noch mindestens zehn mal mehr als die herkömmlichen Leuchten.

Herausforderung Hitzeentwicklung: Theoretisch leuchten OLEDs kühl, wenn sie erstmal ihre theoretische Energieeffizienz auch praktisch ausschöpfen. Noch aber werden sie genau so heiß wie Leuchtstoffröhren.

Herausforderung Produktionsmethoden: Noch fehlen erschwingliche Produktionsanlagen. Die entwickelt Kido zusammen mit Unternehmen und Wissenschaftlern im benachbarten Research Institute for Organic Electronics.

Die Probleme sind relativ rasch zu meistern. Schwieriger ist es mit zukunftsträchtigen Polymer-OLEDs. Durch die Verwendung von Polymeren lassen sich selbst riesige Displays mit Tintendruckern drucken. Zu Demonstrationszwecken haben Unternehmen wie Seiko Epson große OLED-Flachbildschirme hergestellt. Die Lebensdauer dieser Bildschirme ist noch gering. „Aber für Anwendungen wie leuchtende Poster oder Preisschilder reichts schon“, sagt der Professor. 2007 will das japanische Unternehmen Dainippon Ink mit gemeinsam mit Professor Kido entwickelten Produkte bei Kunden hausieren. Bis zum ersten gedruckten marktreifen Großbildschirm wird es wohl noch Jahrzehnte brauchen.

Wer in der neuen Technik das Rennen macht, ist dabei noch völlig offen. “Ich bin besorgt, dass Japan seine Führungsrolle genau wie bei LCDs verliert“, warnt Kido. Auch bei OLEDs sind die einstigen Monopolisten nur noch Mitläufer. Da es bei der noch jungen Technik noch viel Verbesserungsbedarf gibt, können sich auch neue Hersteller etablieren, Nationen aufholen. Als erste Bewerber fallen Kido Südkorea und Taiwan ein.

Aber auch Deutschland und Unternehmen wie Merck hat er nicht abgeschrieben. Denn im Gegensatz zu vielen japanischen Konzernen und dem japanischen Staat investieren sie massiv in die neue Technik, um Rückstände aufzuholen. Mit am Aktivsten ist Deutschland. Die vorige Regierung hat 2005 in ihrer OLED-Initiative angekündigt, bis 2010 100 Mio. Euro in die OLED-Forschung zu investieren.

Nur eine Gruppe der Mitspieler mag sich noch nicht recht über den Beginn des neuen hell leuchtenden OLED-Zeitalters freuen: die Hersteller der Rohstoffe. „Der Markt wächst zwar jährlich um 30 bis 40 Prozent, aber die Preise fallen“, erzählt Kido. „Die OLED-Hersteller können daher kaum Geld machen, obwohl sie massenweise verkaufen. Sie haben eine wirklich harte Zeit.“ (nbo)