Transparent Organic Light Emitting Diodes for Active-Matrix Displays

Organische Leuchtdioden (OLED) zeigen in Bezug auf Lebensdauer und Effizienz bereits Marktreife in ersten kommerziell erhältlichen Produkten. Gleichwohl bleibt es für OLED Anwendungen eine Herausforderung, mit etablierten Technologien wie zum Beispiel den Flüssigkristall-Displays (LCD) in Konkurrenz zu treten. Große Betrachtungswinkel und hohe Kontrastverhältnisse werden bereits heute mit Flüssigkristall- und Plasma-Displays erzielt, so dass für OLEDs bisher als entscheidender Vorteil nur die hohe Effizienz anzuführen war. Jedoch könnten OLEDs aufgrund ihrer hohen erreichbaren Transparenz neue Anwendungsfelder erschließen.
Die einzelnen Schichten einer OLED können so ausgelegt werden, dass sie ausschließlich im UV-Bereich absorbieren und somit im sichtbaren Spektralbereich transparent sind. Auf diese Weise können vollständig durchsichtige Displays aufgebaut werden, welche beispielweise in die PKW-Frontscheibe integriert den Fahrer assistieren, oder Chirurgen während einer Biopsie mit zusätzlichen Informationen versorgen. Für den Aufbau einer transparenten OLED sind transparente Elektroden sowohl für den Grundkontakt als auch für den Deckkontakt erforderlich. Indiumzinnoxid (ITO) hat sich hierbei als transparente, leitfähige oxidische Verbindungen bewahrt. Hochqualitative ITO Filme können allerdings nur mittels plasma-basierter Depositionsverfahren wie dem Sputterverfahren hergestellt werden. Die während des Sputterprozesses auftretenden hoch-energetischen Teilchen führen jedoch zur Schädigung der organischen Schichten.
In dieser Arbeit werden ausgewählte physikalische und technologische Aspekte für die Realisierung transparenter OLEDs untersucht und bewertet. Zur Effizienzoptimierung der transparenten Bauteile wurden Dotierkonzepte entwickelt sowie die vertikale Stapelung mehrerer OLEDs herangezogen. Darüber hinaus wurden neuartige Dünnschichtfilme mittels Atomlagenbeschichtung entwickelt, die die empfindlichen organischen Schichten gegen das Eindringen von Wasser und Sauerstoff zuverlässig und großflächig versiegeln. Im Vordergrund steht darüber hinaus die Entwicklung neuer Schutzkonzepte, die die Sputterdeposition auf organische Schichten ermöglichen. Dazu wurden verschiedene Übergangsmetalloxide eingesetzt, die das Teilchenbombardement effektiv absorbieren, was die Realisierung hocheffizienter und gleichzeitig vollständig transparenter Bauteile ermöglicht.
Der Einsatz von Übergangsmetalloxiden eröffnet darüber hinaus zwei neue Aspekte: Zum einen bieten diese Schichten weitreichenden Schutz nicht nur vor Sputterteilchen, sondern auch bei anderen hochenergetischen Depositionsverfahren, wie der gepulsten Laserdeposition (PLD). Dies ermöglicht den Ersatz von ITO durch das preiswertere Aluminiumzinkoxid (AZO). Zum anderen kommt es hierdurch zu einer Vereinfachung der OLED-Schichtfolge, da nun mehrere konventionelle Ladungstransportschichten durch ein Material - das Übergangsmetalloxid - ersetzt werden können. Aus den entwickelten Konzepten konnte der erste vollständig transparente OLED Pixel, welcher aus der vertikalen Integration einer transparenten OLED auf einem transparenten Transistor hervorgeht, verwirklicht werden.