Elektronik Magazin - SPV Elektronik Vertriebsgesellschaft mbH

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| Optoelektronik
OLED-Displays für Industrieanwendungen
Displays auf der Basis organischer
Lichtemissionsdioden
(OLED) sind mittlerweile bekannt
für ihre hervorragenden
optischen Eigenschaften wie
brillante Bildqualität, unbegrenzter
Ablesewinkel, schnelle
Schaltzeiten.
Außerdem sind sie extrem flach –
1.05...1.65 mm – und auch preislich
mittlerweile in den Regionen von LCD-
(monochrom) und TFT-Displays. Sie
finden im Consumerbereich (MP3-
Player, Mobiltelefone) bereits breite
Anwendung. Allerdings haftet ihnen
immer noch der Ruf an, dass sie auf
Grund ihrer geringen Lebensdauer für
den Einsatz in industriellen Applikationen
nicht geeignet sind. – Stimmt das
so noch?
Was die OLED-Displays zerstört
Betrachten wir zunächst die Mechanismen,
die zur Zerstörung von OLED
führen. Im Wesentlichen gibt es zwei
Ursachen:
• „Verschleiß“ im Betrieb
Anders als bei herkömmlichen (anorganischen)
Halbleitern, handelt es
sich bei OLED-Strukturen nicht um
Einkristalle, sondern um relativ ungeordnete
Anhäufungen organischer
Moleküle. Die Ladungsträger „hangeln“
sich entlang der Doppelbindungen
von Molekül zu Molekül und
müssen dabei immer wieder kleine
Energiebarrieren überwinden. Diese
Inhomogenitäten führen zu unterschiedlichen
thermischen Belastungen
innerhalb der organischen
Struktur bei fließendem Strom. Dadurch
können Deformationen auftreten,
die den Stromfluss an einigen
Stellen unterbrechen. Im Endeffekt
wird das Display mit steigender Betriebsdauer
dunkler.
• Alterung ohne Betrieb
Die organischen Substanzen sind
empfindlich gegenüber Sauerstoff
und Feuchtigkeit. Eindringende Umgebungsluft
zerstört also die Struktur
schleichend. Im Ergebnis verringert
sich die aktiv leuchtende
Fläche, die Pixel „schrumpfen“.
Diese Mechanismen sind inzwischen
gut erforscht und werden mit zunehmendem
Erfolg bekämpft. Einerseits
werden die organischen Substanzen
immer stabiler (auch durch verbesserten
Reinheitsgrad), andererseits wird
die Hermetisierung der Module stetig
verbessert.
Wo wir stehen und wo der Weg
hingeht
RiTdisplay, einer der führenden Hersteller
auf dem Gebiet von OLED-Displays,
spezifiziert mittlerweile folgende
Werte der Betriebszuverlässigkeit
für Displays in unterschiedlichen Farben,
basierend auf unterschiedlichen
Substanzen (small molecule):
• gelb 65000 Betriebsstunden
• weiß 25000 Betriebsstunden
• blau 12000 Betriebsstunden
• RGB 12000 Betriebsstunden
Zur Beurteilung der Lebensdauer eines
OLED-Moduls sind folgende Abhängigkeiten
zu betrachten:
• Betriebslebensdauer
– Umgebungstemperatur
– Flussstrom/ Helligkeit,
das beinhaltet auch
– Multiplexrate (je höher MUX,
desto höher der Spitzenstrom)
– Anzahl der gleichzeitig eingeschalteten
Pixel
• Lichtausbeute
– Umgebungstemperatur
• Farbverschiebung
– Betriebsdauer
Zur Veranschaulichung soll das in
Grafik 1 dargestellte Beispiel dienen:
OLED-Display RiTdisplay: 2,4”, 128 x 64 Pixel, 65000 Betriebsstunden, -40...+85° C
Grafik 1: Veränderung der Helligkeit bei verschiedenen Umgebungstemperaturen und
unterschiedlicher Anzahl eingeschalteter Pixel (Messwerte) Beispiel: 1,1”128 x 36 Pixel
weiß, Anfangshelligkeit 289/260 nit (25° C/ 70° C)
Daraus ergeben sich folgende Erwartungswerte für die Lebensdauer:
Tabelle1: Zu erwartende Lebensdauer bei 25° C und 70° C, verschiedenen MUX, mit
und ohne Polarisator (zur Verminderung der Sonnenlichtreflexion)
Dabei ist zu bemerken, dass die Lichtausbeute
von der jeweiligen Umgebungstemperatur
unabhängig ist. Bedingung
ist: die OLED werden mit konstantem
Strom betrieben (wird vom
Controller auf dem Modul gewährleistet).
Bei monochromen weißen Displays
ist keine Verschiebung des
Weißpunkts mit der Betriebsdauer zu
verzeichnen. Bei RGB-Displays hingegen
gibt es leichte Unterschiede: Blau
altert etwas schneller als Grün und
Rot. Die so entstehende Verschiebung
des Weißpunkts ins Rötliche ist jedoch
innerhalb der spezifizierten Betriebslebensdauer
noch nicht störend.