OLED-Module länger lagern Alterung: Analytische Methoden untersuchen Kunststoffkomponenten

| Aktualisiert am 29.03.2022Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Mit analytischen Methoden untersuchen Forscher die Kunststoffkomponenten in OLED-Modulen. Hintergrund ist eine Langzeitlagerung, um OLED-Displays für Industrie oder Automobilbau vorhalten zu können.

Anbieter zum Thema

Alterung von OLED-Displays: Vorderseite eines graphischen OLED-Displays (Modul Typ F), das im Vorhaben untersucht wurde.
Alterung von OLED-Displays: Vorderseite eines graphischen OLED-Displays (Modul Typ F), das im Vorhaben untersucht wurde.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Die Vorteile der OLED-Displays gegenüber TFT liegen auf der Hand: Sie sind nicht nur dünner als TFT-Displays, sondern sie bieten auch einen höheren Kontrast und sind gleichzeitig auch sparsamer bei ihrem Energiebedarf. Doch wie sieht es auf der Seite der Ersatzteilversorgung aus? Gerade in medizinischen Anwendungen oder im Automobil müssen Hersteller eine Planungssicherheit bieten. Nicht zuletzt sind es die empfindlichen Lieferketten für elektronische Komponenten wurden und werden durch Naturkatastrophen oder politischen Verwerfungen immer wieder auf die Probe gestellt.

Deshalb ist die Ersatzteilversorgung mit einer Langzeitlagerung wichtig. Für den erfolgreichen Einsatz ist es deshalb notwendig, die Lagerbedingungen an den Materialmix der einzulagernden Komponenten anzupassen. Nach Stand der Technik ist das aktuell für Leiterplatten-Materialien oder Lötzinn möglich. Technische Systeme mit integrierten Displays, egal ob OLED oder LCD, haben einen erweiterten Materialmix.

Am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) hat man im Rahmen eines Verbundvorhabens materialspezifische Alterungsvorgänge von OLED-Modulen erforscht und mit welchen Maßnahmen die Alterung entgegenwirken kann. Die Idee zum Projekt inklusive Koordination und Projektleitung lag bei HTV Conservation. Im zweiten Teilvorhaben wurden die opto-elektronischen Eigenschaften der OLED-Module untersucht.

Analytische Methoden für OLED-Displays

Entwickelt haben die Forscher analytische Methoden, die auf die Kunststoffkomponenten in OLED-Modulen abzielen und sich untersuchen lassen. Eingesetzt wird dazu die multivariate konfokale Raman-Mikroskopie, FTIR-Spektroskopie und Kontaktwinkelanalyse. Typische OLED-Module am Markt (Graphische Displays, flächige Leuchtelemente) wurden beschafft und darin enthaltene Komponenten aus Kunststoff aufgelistet. Gefunden wurden Folienkabel, Schutzfolien, optische Funktionsfolien (Polarisatoren, Farbfilter), Dichtungs- und Vergussmassen und die organischen Halbleitermaterialien selbst.

In diesen Komponenten enthaltene Kunststoffe wurden mit den entwickelten Analysemethoden identifiziert und ihre Langzeitbeständigkeit mit Hilfe 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.

Simuliertes Altern von OLED-Modulen

Das zentrale Ziel des Projektes der HTV-Conservation war es, elektronische und optische Messmethoden zu entwickeln, um das Alterungsverhalten von OLED-Displays und -Beleuchtungselementen zu untersuchen.

Dazu hat man die unterschiedlichen OLED-Typen (Typ D und F für Displays und Typ C und M für Beleuchtungselemente unter zwölf verschiedenen definierten Bedingungen bis zu einem Jahr gealtert. Dank der elektronischen und optischen Methoden lässt sich die Veränderung des Gesamt-Lichtstroms oder der Strom- und Spannungskennlinie bei einer gealterten OLED feststellen. Zu den Methoden gehören Ulbricht-Kugel mit eingekoppelten Spektralradiometer, Leuchtdichtekamera, Spektralradiometer und Mikroskopie.

Die aufgezeichneten Strom- und Spannungskennlinien liefern Aufschlüsse über einen Zusammenhang zwischen Alterung, Spannung/Strom und der Helligkeit (Effizienz der Beleuchtungselemente). Im
Rahmen des Projektes wurden je nach Typ 432 und 720 Einzelmessungen pro OLED-Typ
(D; F, C und M) durchgeführt und ausgewertet.

Nach Auswertung der Ergebnisse konnten für verschiedene OLED (Displays und Beleuchtungselemente) optimierte Lagerungsbedingungen (Temperatur- und Absorber-Bedingungen) für eine Langzeitbevorratung im Rahmen des TAB-Verfahrens definiert werden.

Alterung beeinträchtigt optische Funktionen

Distanzmatrix unterschiedlicher Alterungsbedingungen, die aus den FTIR-Daten zweier OLED-Module berechnet wurde.
Distanzmatrix unterschiedlicher Alterungsbedingungen, die aus den FTIR-Daten zweier OLED-Module berechnet wurde.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Alterung von OLED-Displays: Vorderseite eines graphischen OLED-Displays (Modul Typ F), das im Vorhaben untersucht wurde.
Alterung von OLED-Displays: Vorderseite eines graphischen OLED-Displays (Modul Typ F), das im Vorhaben untersucht wurde.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Dabei wurden Alterungszeiten bis zu einem Jahr realisiert. Zeitabhängige Alterungszustände eines repräsentativen Klebstoffs (Acryl-Basis) wurden ebenfalls untersucht, als Modellsystem für die Lagen aus transparentem Acryl-Klebstoff in OLED-Modulen. Sie können infolge von Alterungsprozessen de-laminieren 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.

OLED-Module über lange Zeit lagern

Raman-Mikroskop WITec alpha 500 zur Untersuchung von Kunststoffkomponenten in OLED-Modulen.
Raman-Mikroskop WITec alpha 500 zur Untersuchung von Kunststoffkomponenten in OLED-Modulen.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Die Projektergebnisse helfen gemäß der ursprünglichen Antragsziele bei der Auswahl geeigneter Bedingungen zur Langzeitlagerung von OLED-Modulen und ähnlichen Komponenten. Kunden können auf diesem Weg die Langzeitverfügbarkeit ihrer Produkte und einen planungssicheren Betrieb technischer Einrichtungen sicherstellen. Dadurch verlängert sich die Produktnutzung, was die Rohstoffproduktivität steigert. Das schont natürliche Ressourcen, senkt die Menge zu entsorgender Altgeräte und trägt zu einer nachhaltigeren Gesellschaft bei.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Gefördert wurde das Verbundvorhaben im Auftrag des Bundesministeriums für Bildung und Forschung vom Projektträger PTJ im Rahmen des Förderprogramms kmu Innovativ – Ressourceneffizienz.

(ID:48108633)