Studie untersucht Kunststoffkomponenten

Vom Alterungsverhalten der OLED-Displays

10. Mai 2022, 6:00 Uhr | Harry Schubert
Fraunhofer LBF
Vorderseite eines graphischen OLED-Displays (Modul Typ F), das vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF untersucht wurde.
© Fraunhofer LBF

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit hat analytische Methoden entwickelt, um Kunststoffkomponenten in OLED-Modulen detailliert untersuchen zu können. Damit gelang es erstmals, geeignete Maßnahmen zur Reduzierung von Alterungseffekten abzuleiten.

Bei der Ersatzteilversorgung sind Langzeitlagerungen essenziell, um sich als Hersteller gegen Abkündigungen zu wappnen. Dadurch können Industrieanlagen, Roboter und medizinische Geräte, aber auch Kraftfahrzeuge und Haushaltsgeräte mehrere Jahrzehnte lang planungssicher betrieben werden. Dies trägt zu einer längeren Produktlebensdauer bei und sorgt dafür, dass die Ressourceneffizienz – bezogen auf den Rohstoffeinsatz bei der Herstellung – steigt. Um einer schwankenden Verfügbarkeit zu begegnen, werden Langzeitlagerungen solcher Komponenten immer bedeutender.

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Raman-Analyse eines OLED-Moduls im Querschnitt: a) Mikroskopische Abbildung, b) zugehörige Raman-Map. Farbcodiert ist die identifizierte Materialzusammensetzung der einzelnen Lagen: Glas (grün), Klebstoff (türkis), optische Folie (lila), Streufolie (blau) und Einbettmittel für Präparationszwecke (rot). In den schwarzen Bereichen war kein charakteristisches Raman-Signal messbar.
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Für den erfolgreichen Einsatz ist es unabdingbar, die Lagerbedingungen an den Materialmix der einzulagernden Komponenten anzupassen. Nach Stand der Technik ist dies vor allem für Leiterplatten-Materialien oder Lötzinn möglich. Technische Systeme, in denen Displays – OLED oder LCD – integriert sind, haben jedoch einen erweiterten Materialmix, der zurzeit noch unberücksichtigt ist.

Daher wurden am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF im Rahmen eines Verbundvorhabens materialspezifische Alterungsvorgänge von OLED-Modulen und Maßnahmen zu deren Verringerung erforscht. Dies geschah in Zusammenarbeit mit der HTV Conservation GmbH, die im zweiten Teilvorhaben optoelektronische Eigenschaften der OLED-Module untersuchte. Gefördert wurde das Verbundvorhaben im Auftrag des Bundesministeriums für Bildung und Forschung vom Projektträger Jülich (PTJ) im Rahmen des Förderprogramms kmu Innovativ – Ressourceneffizienz.

OLED-Module – ein Mix aus Kunststoffen

Im Vorhaben wurden analytische Methoden entwickelt, mit denen Kunststoffkomponenten in OLED-Modulen untersucht werden können, die auf multivariater konfokaler Raman-Mikroskopie, FTIR-Spektroskopie und Kontaktwinkelanalyse basieren. Typische OLED-Module am Markt – graphische Displays, flächige Leuchtelemente – bestehen vor allem aus Folienkabel, Schutzfolien, optischen Funktionsfolien (Polarisatoren, Farbfilter), Dichtungs- und Vergussmassen und den organischen Halbleitermaterialien selbst.

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Distanzmatrix unterschiedlicher Alterungsbedingungen, die aus den FTIR-Daten zweier OLED-Module berechnet wurde
© Fraunhofer LBF

In diesen Komponenten enthaltene Kunststoffe wurden mit den entwickelten Analysemethoden identifiziert und ihre Langzeitbeständigkeit mithilfe von Literaturdaten vorab grob abgeschätzt. Von den Kunststoffkomponenten der OLED-Module konnten zeitabhängige Alterungszustände analytisch dargestellt werden, die bei beschleunigten Alterungsversuchen mit unterschiedlichen Temperaturen und Absorbermaterialien resultieren. Dabei wurden Alterungszeiten bis zu einem Jahr realisiert. Zeitabhängige Alterungszustände eines repräsentativen Klebstoffs auf Acryl-Basis wurden als Modellsystem für die Lagen aus transparentem Acryl-Klebstoff in OLED-Modulen ebenfalls untersucht. Sie können infolge von Alterungsprozessen delaminieren und die optische Funktion beeinträchtigen.

In einer statistischen Auswertung der analytischen Daten wurde die Wirkung unterschiedlicher Absorber auf die Degradation von Kunststoffkomponenten in OLED-Modulen verglichen. Demnach ist ein Absorbermaterial bei gleicher Temperatur besonders geeignet, Materialveränderungen zu verringern. Die typische beschleunigende Wirkung der Temperatur auf das Alterungsverhalten zeigte sich in der Datenanalyse erwartungsgemäß ebenfalls.

Geeignete Bedingungen zur Langzeitlagerung

Die Projektergebnisse helfen bei der Auswahl geeigneter Bedingungen zur Langzeitlagerung von OLED-Modulen und ähnlichen Komponenten. Sie tragen dazu bei, die Module über lange Zeit zu lagern, ohne dass sich ihr Nutzwert und ihre Verarbeitbarkeit verändern. So können die Langzeitverfügbarkeit von Produkten und ein planungssicherer Betrieb technischer Anlagen sichergestellt werden. Dadurch verlängert sich die Produktnutzung, was die Rohstoffproduktivität steigert, natürliche Ressourcen schont, die Menge zu entsorgender Altgeräte senkt und zu einer nachhaltigeren Gesellschaft beiträgt.


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