Der traditionellen Bildröhre droht ernsthafte Konkurrenz. Immer leistungsstärkere und leichtere Flachbildschirme fordern das bejahrte Schwergewicht „Braunsche Röhre” heraus. Spektakuläre Aussichten: TV-Geräte, die wie Bilder an der Wand hängen, und Computer-Displays, die wie Folien gerollt sind. Ausgewählte Auszüge aus einem Fachbeitrag von Dr. Rolf Froböse, der im September 2000 im Magazin bild der wissenschaft erschien.

bild der wissenschaft: OLED, organische lichtemittierende Dioden

Für den Beginn des neuen Jahrtausends hat Dr. Wolfgang Rogler eine zukunftsweisende Innovation ausfindig gemacht: die papierlose Zeitung. „Ich rechne fest damit, daß sie innerhalb der nächsten zehn Jahre kommen wird”, prophezeit der Projektleiter im Siemens-Forschungszentrum Erlangen. Der Optimismus kommt nicht von ungefähr. Denn eine der wichtigsten Voraussetzungen für elektronische Gazetten von morgen wurde kürzlich Wirklichkeit: die Herstellung eines flexiblen Monitors, der sich wie ein Poster zusammenrollen läßt. Erreicht wurde dies mit Hilfe von sogenannten OLED – „organischen lichtemittierenden Dioden”.

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OLED sind spezielle Polymere mit zungenbrecherischen Namen wie Polyphenylenvinylen, Polyfluoren und Polythiophen. Im Gegensatz zu vielen Alltagskunststoffen bestehen sie aus aromatischen Benzolringen, die über Kohlenstoff-Doppelbindungen wie die Perlen einer langen Kette aneinandergereiht sind. So können die Riesenmoleküle frei bewegliche Ladungsträger in Form von Elektronen und Löchern aufnehmen, die im elektrischen Feld zwischen einer positiven und einer negativen Elektrode aufeinander zuwandern.

Beim Zusammentreffen von Elektronen und Löchern wird Fluoreszenzlicht in einer materialspezifischen Farbe ausgesandt: Polyphenylenvinylen leuchtet grün, Polyfluoren blau, Polythiophen rot. Entdeckt wurde das Phänomen der „Elektrolumineszenz” organischer Makromoleküle von Forschern um Richard Friend vom Cavendish Laboratory im englischen Cambridge.

Eine transparente Indium-Zinnoxid-Schicht auf einem Träger bildet das Erdgeschoß eines OLED-Folienstücks. Auf seine Mitte läßt man das flüssige lichtemittierende Polymer fließen, während der Träger rasch um die Mittelachse rotiert. Bei diesem „Spin-Coating” erzeugt die Fliehkraft eine Polymerschicht mit sehr gleichmäßiger Oberfläche. In einigen speziellen Anwendungen konnten OLED bereits ihr Entree auf dem Markt feiern. So sorgte die Siemens AG 1999 auf der Messe CeBIT mit einer hell leuchtenden Smart Card für Furore: Sie enthielt ein OLED-Display. Neben Covion als Materialhersteller waren die Chipkarten-Abteilung von Giesecke & Devrient sowie die Varta AG beteiligt, die eine extrem dünne Lithium-Batterie in die Karte integrierte.

OLED sind der bisher ehrgeizigste Versuch, die Bildröhre in flache Form zu bringen. In den weitaus meisten TV-Geräten und Computer-Displays leuchtet heute immer noch eine Kathodenstrahlröhre, 1897 vom deutschen Physiker Karl Ferdinand Braun entwickelt. Versuche, die dickbauchigen „Braunschen Röhren” zu verschlanken, hat es in der Vergangenheit allerdings wiederholt gegeben. Zu den bisher erfolgreichsten Alternativen gehören die Flüssigkristall-Displays. LC-Displays oder kurz LCD finden sich vor allem in Notebooks, zunehmend aber auch in Desktop-Computern.

Ein Nachteil der „klassischen” LCD mit passiver Ansteuerung ist die relativ lange Ansprechdauer von einigen Zehntelsekunden. Bei schnellen Bildänderungen, zum Beispiel bei der Darstellung des Mauszeigers auf Computer-Monitoren, macht sich das störend als „Verschmierung” bemerkbar. Durch aktive Ansteuerung der Bildpunkte läßt sich das Problem inzwischen umgehen. Dabei übernehmen Transistoren aus Silizium, die in jeden einzelnen Bildpunkt unmittelbar integriert sind, die Verstärkung der Steuersignale.

Entwicklungen wie die Aktiv-Matrix-LCD können dennoch nicht darüber hinwegtäuschen: Sämtliche Flüssigkristall-Bildschirme haben einen „angeborenen” Nachteil. Sie senden ihr Licht nicht selber aus, sondern moderieren lediglich eine Lichtquelle. Dadurch sind der Leuchtkraft und dem Kontrastreichtum natürliche Grenzen gesetzt. Neuerdings gibt es eine ganze Reihe innovativer Konkurrenten – mit selbstleuchtenden Bildschirmen.

Neben den OLED sind die Feldemissions-Displays besonders vielversprechend. Sie sind zwar enge Verwandte der klassischen Kathodenstrahlröhre, doch mit einem gravierenden Unterschied: Jedes Pixel wird mit mindestens einem separaten Elektronenstrahl betrieben. Obwohl die ersten Forschungsarbeiten bis in die siebziger Jahre zurückreichen, hat ihre Serienproduktion gerade erst begonnen.

Im Gegensatz zur Elektronenröhre benötigen FED keine Glühkathode. Vielmehr wird die notwendige „Kaltemission” von Elektronen – so der Physiker-Slang – durch extrem feine Spitzen erzwungen, sogenannte Microtips. Sie sind so dünn und spitz, daß ihr Krümmungsradius im Bereich weniger Nanometer liegt. Dadurch entsteht an der Microtip-Spitze eine derart hohe elektrische Feldstärke, daß die Elektronen schon bei einer Spannung von wenigen Volt aus dem Material herausgeschleudert werden. Da die einzelnen Microtips wesentlich kleiner als die Bildpunkte (Pixel) sind, lassen sich mit solchen Displays sehr hohe Auflösungen erzielen.

Ein bestechender Vorteil käme hinzu. „FED verfügen über einen sehr weiten Sichtwinkel”, erläutert Prof. Ernst Lüder, der jahrelang das Labor für Bildschirmtechnik am Institut für Netzwerk- und Systemtheorie der Universität Stuttgart leitete. Im Klartext: In großen Familien müßte nicht mehr um die besten Plätze gestritten werden. Bis dahin müssen die Techniker jedoch noch hohe Hürden nehmen – unter anderem die wirtschaftliche Herstellung der mikroskopisch feinen Mikrotips in gleichbleibend guter Qualität. Auch bei den OLED, den leuchtenden Polymerfolien, stehen die Entwickler vor ungelösten Herausforderungen: Besonders schwierig ist es, die luft- und feuchtigkeitsempfindlichen Polymere hermetisch zu versiegeln.

Weitaus mehr Zukunftsmusik beinhaltet ein Konzept des in Seattle ansässigen Displayherstellers Microvision. Das High-Tech-Unternehmen werkelt zur Zeit an einem „Virtual Retinal Display” (VRD). Es verzichtet nicht nur auf voluminöse Kathodenstrahlröhren, sondern auch auf Flüssigkristallanzeigen, OLED und sonstige Displays. Statt dessen muß die menschliche Netzhaut als Leinwand herhalten: VRD verarbeitet die von einem Computer, einer Kamera oder anderen Quellen erzeugten Signale zu farbigen Pixeln – durch die Pupille direkt auf die Netzhaut projiziert.

Ähnlich wie bei einem Fernsehgerät wird das Bild zeilenweise auf der Netzhaut aufgebaut. Am verblüffendsten: Der Betrachter erkennt nicht, daß es sich nur um ein virtuelles Bild handelt. Er sieht in einiger Entfernung ein gestochen scharfes Video laufen.

Mit freundlicher Genehmigung von: bild der wissenschaft, 2000, H. 9.

Erscheint in:

Flachbildschirm; Elektronisches Papier