Kontrastreich OLEDs in industriellen Anwendungen

Wer für Einsätze unter besonderen Bedingungen gut ablesbare, kontrastreiche Displays benötigt, hat keine große Auswahl: Sehr teure TFT-LCDs, Plasma oder OLED. Erstere sind aus Kostengründen nicht industrietauglich und OLEDs galten bislang als nicht marktreif. Letzteres ändert sich jedoch gerade.

Dem Hauptproblem der organischen Displays - der unterschiedlichen Alterung der verschiedenen Farben - entgeht man natürlich, wenn man sich auf eine Farbe beschränkt. Speziell in industriellen Anwendungen sind monochrome Anzeigen häufig durchaus ausreichend, und die Kontraststärke ist ein Pluspunkt. So halten OLED-Displays langsam Einzug in »ernsthafte« Bereiche.

Bei Electronic Assembly ist es nun gelungen, auch die Temperaturgrenzen dieser Technik zu erweitern. Nicht nur die Ästhetik spricht für die Verwendung von OLED-Displays, die sich durch ein Kontrastverhältnis von mindestens 2000:1 auszeichnen. Ein hoher Kontrast verbessert vielmehr auch die Ablesbarkeit. Das gleiche gilt für die Lesbarkeit aus einem großen Winkelbereich, ein weiteres wichtiges Merkmal derartiger Anzeigesysteme.

In industriellen Anwendungen, bei denen oftmals hochwertige Materialien und vorgefertigte Baugruppen verarbeitet werden sowie häufig eine schnelle Reaktion gefragt ist, kann eine gute Ablesbarkeit einen entscheidenden Beitrag zur Sicherheit einer ganzen Anlage und der an ihr beschäftigten Personen leisten. Bislang war der Einsatz von OLED-Displays jedoch hauptsächlich auf Produkte der Consumer-Elektronik wie Smartphones und Digitalkameras beschränkt. Der Grund: Die im Vergleich zu Standard-Displays eingeschränkte Lebensdauer machte die organischen Anzeigepanels für langlebige Investitionsgüter ungeeignet.

OLED für Anfänger

Die organischen Displays sind aus mehreren (organischen) Schichten aufgebaut. Dabei wird meist auf die Anode, bestehend aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), die sich auf einer Glasscheibe befindet, eine Lochleitungsschicht (HTL) aufgebracht. Zwischen ITO und HTL kommt abhängig von der Herstellungsmethode oft noch eine Schicht aus leitfähigen Polymeren, die zur Absenkung der Injektionsbarriere für Löcher dient und die Eindiffusion von Indium in den Übergang verhindert.

Auf die HTL wird eine Schicht aufgebracht, die entweder den Farbstoff enthält oder vollständig aus dem Farbstoff besteht. Auf diese Emitterschicht (EL) kommt optional noch eine Elektronenleitungsschicht (ETL). Den Abschluss bildet eine Kathode, bestehend aus einem Metall oder einer Legierung mit geringer Elektronenaustrittsarbeit wie zum Beispiel Calcium, Aluminium, Barium, Ruthenium oder Magnesium-Silber-Legierung, im Hochvakuum aufgedampft.

Als Schutzschicht und zur Verringerung der Injektionsbarriere für Elektronen findet sich zwischen Kathode und E(T)L meistens eine sehr dünne Schicht aus Lithiumfluorid, Cäsiumfluorid oder Silber. Die Kathode injiziert die Elektronen, während die Anode die Löcher bereitstellt. Loch und Elektron driften aufeinander zu und treffen sich im Idealfall in der EL, weshalb diese Schicht auch Rekombinationsschicht heißt.

Elektronen und Löcher bilden Exzitonen. Abhängig vom Mechanismus stellt das Exziton bereits den angeregten Zustand des Farbstoffmoleküls dar, oder der Zerfall des Exzitons stellt die Energie zur Anregung des Farbstoffmoleküls zur Verfügung. Dieser Farbstoff hat verschiedene Anregungszustände. Der angeregte Zustand kann in den Grundzustand übergehen und dabei ein Photon aussenden. Die Farbe des ausgesendeten Lichts hängt vom Energieabstand zwischen angeregtem und Grundzustand ab und lässt sich durch Variation der Farbstoffmoleküle gezielt verändern.

Länger leuchten

Die Spezifikationen der neuen Familie von OLED-Displays von Electronic Assembly weisen darauf hin, dass sich die Akzeptanz dieser Technik verbessern könnte. Bei Raumtemperatur erreichen die Produkte eine Lebensdauer von 100 000 Betriebsstunden und mehr. Dabei lassen sich die Displays nicht nur bei komfortablen Zimmertemperaturen betreiben, sondern auch im Maschinenraum oder in anderen rauen Umgebungen.

Mit einer maximal zulässigen Betriebstemperatur von +80 °C halten sie auch an Orten durch, an denen menschliche Mitarbeiter längst das Weite gesucht haben. Und selbst bei dieser Hitze bringen es die neuen OLED-Displays nach 14 000 Betriebsstunden noch auf 50 Prozent der ursprünglichen Helligkeit. Auch bei arktischen Temperaturen bis -40 °C lassen sie sich noch betreiben, ohne an Kontrast zu verlieren. Und während LCD-Anzeigen bei tiefen Temperaturen ausgesprochen reaktionsträge werden, halten die OLEDs ihre Reaktionszeit von 10 µs auch bei Minusgraden bei.

Das OLED-Produktspektrum des Herstellers umfasst neun Modelle mit unterschiedlichen Farben und Größen. Gemeinsame Merkmale sind die Ausstattung mit einem integrierten Alphanumerik-Con-troller, dessen Befehlssatz an den Standard-»HD44780« (Punktma-trix) angelehnt ist. Die drei wichtigsten Zeichensätze - europäisch, kyrillisch und japanisch - sind in den alphanumerischen Displays gleich abgelegt; zusätzlich lassen sich Sonderzeichen definieren. Weitere Merkmale sind eine einfache Spannungsversorgung und ein Stromverbrauch von 15 mA bis 50 mA. Je nach Ausführung zeigen die Displays zwischen zwei Zeilen mit je acht Zeichen (»EA W082-XLG«) und vier Zeilen mit je 20 Zeichen (»EA W204-XLG«) an. Die Zeichen leuchten entweder in Gelb oder in Weiß.