Elektronik Magazin - SPV Elektronik Vertriebsgesellschaft mbH

50 | Optoelektronik
Ermittlung der Lebensdauer von OLED-Displays
„...der Anwender hat wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer der OLED-Displays“
Inzwischen sind OLED-Displays
verfügbar, die mit einer für viele
Anwendungen ausreichend
langen Lebensdauer aufwarten.
Laut Hartmut Helbig von Beck
Elektronik Bauelemente kann
auch der Anwender – durch den
korrekten Betrieb der OLED-
Displays – dazu beitragen, dass
die Displays lange leuchten.
Grundsätzlich gibt es zwei „Mechanismen“,
die OLED-Strukturen zerstören
und damit die Lebensdauer begrenzen:
Zum einen sind das Umwelteinflüsse,
insbesondere Feuchtigkeit und
Sauerstoff, zum anderen Stromfluss
durch die organischen Strukturen.
Helbig: „Die zerstörende Wirkung der
Umwelteinflüsse ist mittlerweile so
weit eingeschränkt, dass sie vernachlässigbar
ist.“ Das liegt zum Beispiel
an der wesentlich verbesserten Abdichtung
des Aufbaus und auch an
deutlich effektiveren Dehydratisierungsmitteln,
die in das System eingebaut
werden: Damit wird das Vordringen
von Wasser- und Sauerstoffmolekülen
bis zu den empfindlichen organischen
Substanzen praktisch völlig
verhindert. „Die so genannte Lagerlebensdauer
ist also kein Thema mehr“,
fügt Helbig hinzu. Wie sieht es mit
dem Stromfluss durch die organischen
Substanzen aus? „Im Gegensatz
zu herkömmlichen LEDs – sie bestehen
z.B. aus monokristallinem In-
GaAlP oder InGaN – haben wir es bei
organischen LEDs nicht mit Einkristallen
zu tun, sondern mit vergleichsweise
unregelmäßigen Anhäufungen von
ungesättigten Kohlenwasserstoff-
Molekülen“, erklärt Helbig, „an deren
Doppelbindungen hangeln sich die
Ladungsträger bei Stromfluss entlang.
„Weil die Strukturen unregelmäßig
sind, ist die Stromdichte und somit
auch die thermische Belastung an verschiedenen
Stellen unterschiedlich.
Die Folge ist thermischer Stress, der
einzelne Doppelbindungen zerstören
kann. An den betroffenen Stellen in
den Molekülen fließt dann kein Strom
mehr und es werden weniger Photonen
generiert. „Die Helligkeit nimmt
ab“, erklärt Helbig. Sinkt die Leuchtkraft
des OLED-Displays auf 50 Prozent
des Ausgangswerts, dann ist das
Ende der Lebensdauer erreicht. In der
Vergangenheit waren organische LED-
Displays für eine recht eingeschränkte
Betriebslebensdauer bekannt. Sie können
jedoch heute bereits über 65.000
Betriebsstunden aufweisen, das sind
etwa 7,5 Jahre im Dauerbetrieb.
Die Lebensdauer berechnen
Wie lässt sich die Lebensdauer eines
OLED-Displays zuverlässig ermitteln?
In einem ersten Schritt wurde das Verhalten
eines monochrom gelben OLED-
Displays von RiTdisplay mit einer 2,4-
Zoll-Diagonale und einer Auflösung von
128 x 64 Pixel über einen Zeitraum von
1,5 Jahren untersucht. „Nach 9000
Betriebsstunden bei einer Temperatur
von 25° C ist ein Helligkeitsverlust ca.
5% zu verzeichnen“, so Helbig zu den
Versuchsergebnissen. Die Abnahme
der Helligkeit über die Zeit folgt einer
e-Funktion, „die sich nun näher bestimmen
lässt“. Für das genannte Display
ergibt sich eine rechnerische Betriebslebensdauer
von 120.000 Stunden
– bei einer Temperatur von 25° C.
„Führen wir die gleiche
Berechnung für einen
Betrieb bei einer Temperatur
von 70° C durch,
ergibt sich eine Lebensdauer
von 12.632 Stunden“,
so Helbig, „über
den Betrieb bei erhöhter
Umgebungstemperatur
lässt sich also die Alterung
beschleunigen“.
Allerdings gebe es noch
keine allgemeine Formel
zur Umrechnung
der Lebensdauer bei erhöhterUmgebungstemperatur
auf die Lebensdauer
bei 25° C.
„Wir müssen hier Erfahrungswerte
für die jeweilig verwendeten
Substanzen sammeln, um
solche Umrechnungen mit hoher
Treffsicherheit vornehmen zu
können“, so Helbig. Eine andere
Möglichkeit zur künstlichen Alterung
ist übrigens der Betrieb bei
höheren Strömen (größere Helligkeit).
OLEDs richtig betreiben
„Der Anwender kann durch den korrekten
Betrieb der OLED-Displays wesentlichen
Einfluss auf die Lebensdauer
nehmen“, fügt Helbig hinzu. Wie
sollte ein OLED-Display also betrieben
werden?
Hier einige Punkte:
• Richtige Reihenfolge beim Ein- und
Ausschalten: Zuerst sollte die Initialisierung
des Controllers erfolgen
und dann die Betriebsspannung an
das Display gelegt werden, damit
keine unkontrollierten Ströme auftreten
– wie in den Spezifikationen
beschrieben
oben: Farbiges OLED-Display
links: Bestens ablesbar:
monochromes OLED
• Helligkeitseinstellung sollte nur über
das „Contrast-Setting“ erfolgen und
nicht über die OLED-Spannung
• Zweckmäßiger Einsatz von „Sleep-
Mode“ bzw. „Power-Save-Mode“
Auch der so genannte Einbrenneffekt
tritt bei den OLED-Displays auf. Der
Anwender sollte deshalb Folgendes
beachten:
• Vermeiden statischer Anzeigen
(Symbole, Logos)
• Nur die erforderlichen Pixel einschalten
• Invertierung des Bildinhaltes (bei
monochromen Displays), wenn statische
Anzeigen unbedingt erforderlich
sind.
Dipl.-Ing. Hartmut Helbig: „Organische
LED-Displays können heute bereits über
65.000 Betriebsstunden aufweisen, das
sind etwa 7,5 Jahre im Dauerbetrieb.“ Ziele des Herstellers RiTdisplay für OLED-RGB-Anzeigen. Das Kernstück der Weiterentwicklung von
OLED-Displays hinsichtlich Lebensdauer und Helligkeit ist die Verbesserung der Lichtausbeute.