Organische Leuchtdioden: Der farbenfrohe Schein der Moleküle

Die gediegenen, holzvertäfelten Türen im Beyer-Bau der TU Dresden lassen nicht vermuten, dass hinter ihnen eine Revolution vorbereitet wird: In dem altertümlichen Backsteingebäude mit seinem Dach-Observatorium betreibt das Institut für Angewandte Photophysik (IAPP) eine Anlage zur Herstellung von organischen Leuchtdioden (OLEDs). Und wenn es nach dem dort arbeitenden Physiker Sebastian Reinecke geht, kann man Energiesparlampen und Halogenstrahler, ja selbst LEDs in wenigen Jahren vergessen. An ihre Stelle treten dann OLEDs: Folien, die tagsüber transparent sind und nachts in allen denkbaren Farben leuchten; hauchzarte, sanft glühende Globen und fluoreszierende Tapeten.

Wie zum Beweis solch kühner Thesen zeigt Reinecke ein zollbreites Glasplättchen vor, das er gerade durch zig Hochvakuumkammern geschleust hat, um es mit einem guten Dutzend Molekülsorten zu berieseln. Die Oberfläche des Plättchens schimmert milchig-weiß. Als er an die Fläche eine elektrische Spannung anlegt, strahlt sie gleichmäßig warmweißes Licht ab.

Dass spezielle Polymere sich wie Halbleiter verhalten müssten, hat der Chemiker Herbert Naarmann bereits 1969 in einem wissenschaftlichen Aufsatz postuliert. 21 Jahre später schufen Jeremy Burroughes und seine Kollegen aus der Forschergruppe von Richard Friend und Donald Bradley an den Cavendish- Laboratorien in Cambridge erstmals eine Leuchtdiode aus Kunststoff- Polymeren. Das Prinzip war denkbar simpel: Die Kunststoffpaste wurde auf einem Trägermaterial verstrichen und härtete dort aus. Legte man eine hinreichend große Spannung an das Material an, leuchtet der Film gelb-grün auf. Der Erfolg beflügelte die Phantasie der Industrie: Kunststoff ist sehr viel leichter zu verarbeiten als übliche Halbleitermaterialien - und vor allem billiger.

Noch weit von der Enerhgiesparlampe entfernt

Doch Effizienz und Lebensdauer der OLEDs blieben jahrelang weit hinter der Konkurrenz zurück, denn ganz so einfach, wie die Pioniere der OLED-Forschung sich die Produktion vorgestellt hatten, funktioniert es eben doch nicht: Die Polymere aus der Anfangszeit wurden durch kleine organische Moleküle ersetzt, die mehr Licht aussenden. Da außerdem jede Verunreinigung die Lebensdauer herabsetzt, werden die OLEDs mittlerweile - genauso wie anorganische Halbleiterbauelemente - in Reinräumen hergestellt: Jedes kleinste Staubkörnchen könnte beim anschließenden Beschichten mit den bis zu zwölf teils nur wenige Nanometer dicken Halbleiter-Lagen die Struktur zerstören.

Auch der Aufbau wurde immer komplizierter: Um möglichst viele der Ladungsträger zur richtigen Zeit am richtigen Ort im Bauteil zu haben, wurden immer mehr Schichten eingeführt. Und schließlich müssen die OLEDs vollständig gegen Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit gekapselt werden.

Doch trotz all dieser Schwierigkeiten - in den letzten Jahren konnten die leuchtenden Kunststoffe aufholen: Mit im Schnitt rund 20 Lumen pro Watt (lm/W) sind warmweiße OLEDs zwar nicht so effizient wie Halogenstrahler (24 lm/W) und von der oft verhassten Energiesparlampe (65 bis 85 lm/W) noch weit entfernt.

Doch die Glühbirne (14 lm/W) haben sie längst abgehängt, und Steigerungspotenzial ist zweifellos vorhanden: 2009 hat das IAPP einen reinweißen OLED-Flächenstrahler mit einer Effizienz von 90 lm/W vorgestellt. Die EU peilt mit ihrem Förderprogramm "OLED100" eine Effizienz von 100 Lumen pro Watt, eine Lebensdauer von 100.000 Stunden, 100 mal 100 Zentimeter große Flächen und auf 100 Euro pro Quadratmeter reduzierte Kosten an. Einen Zeithorizont für diese ehrgeizigen Ziele nennt das Projekt vorsichtshalber aber nicht.