Die OLED in der Beleuchtung: Aktueller Stand der industriellen Produktion von OLEDs

| Autor / Redakteur: Gotthard Weißflog * / Hendrik Härter

OLED-Leuchte: Sie sind flach, flexibel und bieten ein homogenes Licht. Bei den technischen Roadmaps gab es Verschiebungen und geänderte Prognosen bei den Umsätzen.
OLED-Leuchte: Sie sind flach, flexibel und bieten ein homogenes Licht. Bei den technischen Roadmaps gab es Verschiebungen und geänderte Prognosen bei den Umsätzen. (Bild: LG Display)

Nach den technischen Grundlagen einer OLED zur Beleuchtung betrachten wir den aktuellen Stand der OLED-Produktion, die Hersteller und ihre Fertigungsstraßen. Die Branche ist im Wandel.

In unserem einführenden Beitrag hatten wir die wissenschaftlichen Grundlagen der jungen OLED-Technik betrachtet. Zudem zeigte der Artikel, wie sich OLEDs erfolgreich auf dem Markt positionieren lassen. Die Liste der Hersteller von OLEDs ist nicht sehr lang. In diesem Beitrag legen wir den Fokus auf die industrielle Produktion. Ein Rückblick: Noch vor gut 15 Jahren waren leuchtende Tapeten eine Vision, die ab dem Jahr 2020 produziert werden sollten.

Diese Zielstellung wäre auf Grundlage von Forschungsergebnissen prinzipiell möglich gewesen. Doch auf Grund noch fehlender Voraussetzungen entlang der Wertschöpfungskette ist dieses Ziel nicht mehr zu erreichen. Der anfänglichen Euphorie folgt inzwischen eine sachlichere Beurteilung der möglichen Szenarien, die sich auch in der Verschiebung der technologischen Roadmaps und der möglichen zukünftigen Umsätze durch die Prognosen der Marktforschungsunternehmen ausdrückt.

Der aktuelle Stand industriell hergestellter OLEDs

Von den zahlreichen Pilotaktivitäten haben nur zwei Hersteller massiv in die industrielle Fertigung investiert: OLEDWorks in Verbindung mit Philips und LG. Beide Unternehmen haben durch die Konzentration auf weiße OLEDs mit starren Glassubstraten inzwischen das Potential für die Massenproduktion erreicht. Bisher realisierte Lebensdauern von bis zu 40k Stunden und Energieeffizienzen bis zu 90 lm/W für kommerziell verfügbare Flächenleuchten dokumentieren, dass die OLED gegenüber der anorganischen LED konkurrenzfähig ist.

Obwohl in den letzten Jahren die Preise bei den OLEDs drastisch gesunken sind, stehen die Hersteller vor dem Problem, ihre Produktionskosten zu senken, damit die OLEDs für die Beleuchtung den Massenmarkt in der Allgemeinbeleuchtung erreichen können. Dabei wird es nicht nur auf einen Preis- und Parametervergleich von flächenhaften, starren Beleuchtungsmodulen auf der Basis von LEDs und OLEDs hinauslaufen.

Durch die Alleinstellungsmöglichkeiten von industriell gefertigten OLED-Bauelementen mit Eigenschaften wie extrem dünn, homogene Lichtverteilung, flexibel, segmentiert und transparent im ausgeschalteten Zustand können zukünftig mit OLEDs modifizierte bzw. neue Beleuchtungsanwendungen ermöglicht werden. Wir schauen auf aktuelle Entwicklungen, Produkte und Produktionsverfahren.

Pilotprojekte wurden gestoppt, neue Verbünde entstanden

Den Schritt von der Pilotproduktion zur Massenfertigung haben einige Hersteller wie Panasonic oder GE nicht vollzogen und ihre OLED-Aktivitäten gestoppt. Inzwischen sind aber neue industrielle Verbünde entstanden. Ob man bereits schon von einer sogenannten Second Wave sprechen kann, wie durch das Marktforschungsunternehmen Touch Display Research dargestellt, erscheint noch verfrüht (Bild 1).

Die Herstellungskosten bei den führenden Herstellern liegen derzeit vermutlich unter 100 Euro pro Kilo-Lumen. Mit einem Bare-Level-OLED-Bauelement von 10 cm x 10 cm des Herstellers OLEDWorks kann ein Lichtstrom von 300 lm erzeugt werden. Beispielsweise würde bei einem Paneelpreis von 50 Euro ein Quadratzentimeter OLED mit einer maximalen Helligkeit von 9000 cd/m² 50 Euro-Cent kosten. Ein möglicher Weg, die Fertigungskosten weiter zu reduzieren, ist die Substratgröße bzw. Anlagengeneration auf der Basis von Inline-Vakuumbeschichtungsanlagen mit kleinen Molekülen (VTE = Vakuum Thermal Evaporation small-molecule OLEDs) zu erhöhen und die Fertigungskenngrößen weiter zu verbessern. Es ist aktuell nur mit VTE möglich, OLED-Bauelemente herzustellen, welche die hohen Qualitätsanforderungen der Lichtindustrie erfüllen.

Die Tabelle zeigt die in Abhängigkeit der Anlagengeneration und weiterer Einflussfaktoren mögliche Senkung der Kosten. Beispielsweise könnten die Fertigungskosten eines sogenannten OLED-Rohpanels bei der Generation fünf gegenüber den heutigen Anlagen der Generation zwei auf ein Sechstel reduziert werden. Bei der Generation 8.5, wofür allerdings erhebliche Investitionen von mindestens 400 Mio. US-Dollar erforderlich sind, könnte ein Quadratmeter einer OLED-Leuchtfläche nur noch 100 US-Dollar kosten. Das entspricht einem Preis von einem Quadratzentimeter von einem Cent.

Vergleich der verschiedenen Anlagen zur Massenfertigung

Im April 2015 übernahm OLEDWorks aus Rochester / USA die OLED-Fertigungs- und Geschäfts-Aktivitäten von Philips. Die bis dahin weltgrößte Fertigung am Standort in Aachen konnte eine Substratgröße von ungefähr 40 cm x 50 cm verarbeiten. Das Unternehmen OLEDWorks hat inzwischen State-of-the-Art-Fertigungen hauptsächlich in Deutschland mit einer jährlichen Kapazität von 20.000 m² aufgebaut, was ungefähr zwei Millionen OLED-Module mit einer Größe von 10 cm x 10 cm entspricht. Die Anlage ist bis auf 120.000 m² erweiterbar.

Es sind die hellsten OLED-Panele mit der längsten Lebensdauer, die bisher am Markt angeboten werden. Die hohen Qualitätsstandards sind zertifiziert nach ISO 9001, ISO 14001, OHSAS 18001. Die Massenfertigung wird durch ein fertigungsnahes Prozessleitsystem (MES-System) gesteuert und überwacht. Dadurch wird beispielsweise die Rückverfolgbarkeit jedes einzelnen OLED-Panels innerhalb des gesamten Fertigungsprozesses gewährleistet. Das Bild 2 verdeutlicht die Fortschritte der letzten Jahre hinsichtlich einer höheren Effizienz, Lichtstrom und der Lebensdauer sowie der Preisreduzierung. Überschlagsmäßig erfolgte alle der Jahre eine Verdreifachung der genannten Parameter.

Die Massenproduktion von OLEDs bei LG dank Gen 5

Als globaler Pionier und Hersteller von OLED-TVs hat sich LG eine Alleinstellungsposition erarbeitet. Grundlage der eingesetzten WOLED-Technik – Colour by White OLEDs – bilden weiße Subpixel, aus welchen durch nachgeschaltete RGB-Farbfilter das Bild erzeugt wird. Synergien zu den OLEDs für Lichtanwendungen sind damit naheliegend, was durch die inzwischen vollzogenen Integration des OLED-Lichtgeschäfts von LG Chem in LG Display auch kommerziell umgesetzt wurde.

Konsequent aber auch etwas später als geplant wurde die Massenproduktion durch die neue Gen 5 OLED-Lighting Fab mit Substratgrößen von 1100 mm x 1250 mm in Gumi, Südkorea, in Betrieb genommen. Sie soll das 30-fache der früher möglichen Kapazität ermöglichen. Start ist mit monatlich 15.000 Substraten. Neue OLED-Bauformen sind im Rahmen der Luflex-Produktfamilie angekündigt. Aus Ankündigen vor fünf Jahren soll eine 95-prozentige Kostenreduktion gegenüber dem damaligen Produktionsprozess erreicht werden.

Weitere Hersteller der OLED in der Beleuchtung

Osram OLED erreichte im Jahr 2014 mit einer Pilotlinie Muster von OLED, die eine Lichtausbeute von 65 lm/W bei einer Lebensdauer von 15k Stunden LT70 ermöglichten. Der Hersteller hat sich auf die Automobilhersteller fokussiert. Inzwischen wurde die Heckleuchten des BMW M4 GTS und des Audi TT RS, die in geringen Stückzahlen gefertigt wurden, mit kundenspezifischen segmentierten OLEDs von Osram Opto Semiconductors ausgerüstet. Spezifikationen und zukünftige Produktentwicklungen sind nicht veröffentlicht. Kaneka Corporation/Business Unit aus Japan bietet starre OLEDs mit einer Größe von 80 mm x 80 mm an, die auf einer Pilotlinie produziert werden.

Die zukünftige Strategie des Herstellers ist nicht bekannt. Sumitomo Chemicial produziert als einziges Unternehmen OLEDs auf der Basis von P-OLED. Die langkettigen Polymere erreichen nicht die Parameter der SM-OLED, können aber möglicherweise kostengünstiger produziert werden. Die Solid State Light Initiative des Department of Energy in den USA hat aufgezeigt, welche Fertigungsstufen bis zur Vermarktung von OLED grundsätzlich aufzubauen sind. Bisherige Betrachtungen bezogen sich auf den Frontend-Prozess. Die Gesamtkosten entstehen aber unter Einbeziehung der nachfolgenden Schritte über OLED-Modul bis zur kompletten Leuchte. Hier ist zwingend die Weiterführung der Automatisierung der OLED-Beleuchtung zur Schließung der Lücken notwendig. Durch die enge Kooperation des Mittelständlers „automation Uhr“ aus Thüringen mit OLEDWorks sind Teillösungen bereits realisiert worden.

Im dritten Teil geht es um flexible OLED-Bauelemente und ihre Fertigung. Aber auch um mögliche Probleme bei künftigen Fertigungsverfahren wie „Rolle-zu-Rolle“ sowie den Bezug zu flexiblen Displays. Der Beitrag wird voraussichtlich Ende September 2018 erscheinen.

* Dr. Gotthard Weißflog ist Netzwerkmanager des OLED-Industrial Light Application (OLAB) in Jena.

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Danke für den sehr interessanten Artikel. Passend dazu die Bewertung für OLEDs von Samsung und LG...  lesen
posted am 14.04.2018 um 22:35 von Unregistriert


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