Eine organische Leuchtdiode (, OLED) ist ein leuchtendes Dünnschichtbauelement aus organischen halbleitenden Materialien, das sich von den anorganischen Leuchtdioden (LED) dadurch unterscheidet, dass die elektrische Stromdichte und Leuchtdichte geringer und keine einkristallinen Materialien erforderlich sind. Im Vergleich zu herkömmlichen (anorganischen) Leuchtdioden lassen sich organische Leuchtdioden daher in Dünnschichttechnik kostengünstiger herstellen, ihre Lebensdauer und Lichtausbeute sind jedoch geringer als die herkömmlicher Leuchtdioden.
mini|OLED-Display (2011)
Die OLED-Technik wird für Bildschirme in Smartphones, Tablet-Computern wie auch in größerflächigen Fernsehern und Computermonitoren eingesetzt. Dabei kommen hier ausschließlich AMOLED-Displays (Active Matrix OLED) zum Einsatz, da PMOLED-Displays (Passive Matrix OLED) aufgrund ihrer Bauweise auf kleine Bildschirmgrößen beschränkt sind (< 3 Zoll). Ein weiteres Einsatzgebiet ist die großflächige Raumbeleuchtung. Aufgrund der Materialeigenschaften ist auch eine Verwendung der OLEDs als biegsamer Bildschirm möglich.
Aufbau und Funktionsweise mini|Schema einer OLED: 1. Kathode, 2. Emitterschicht, in Grün dargestellt, 3. Rekombination der Ladungsträger mit Emission eines Photons, 4. Lochleitungsschicht, 5. Anode
OLEDs sind aus mehreren Schichten aufgebaut. Dabei wird meist auf die Anode, bestehend aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), die sich auf einer Glasscheibe befindet, eine Lochleitungsschicht (, HTL) aufgebracht. Zwischen ITO und HTL wird – abhängig von der Herstellungsmethode – oft noch eine Schicht aus PEDOT/PSS aufgebracht, die zur Absenkung der Injektionsbarriere für Löcher dient und die Eindiffusion von Indium in den Übergang verhindert. Auf die HTL wird eine Schicht aufgebracht, die entweder den organischen Farbstoff enthält (5 bis 10 Prozent) oder – eher selten – vollständig aus dem Farbstoff besteht, z. B. Aluminium-tris(8-hydroxychinolin), Alq3. Diese Schicht bezeichnet man als Emitterschicht (engl. , EL). Auf diese wird optional noch eine Elektronenleitungsschicht (engl. , ETL) aufgebracht. Zum Abschluss wird eine Kathode, bestehend aus einem Metall oder einer Legierung mit geringer Elektronenaustrittsarbeit wie zum Beispiel Calcium, Aluminium, Barium, Ruthenium, Magnesium-Silber-Legierung, im Hochvakuum aufgedampft. Als Schutzschicht und zur Verringerung der Injektionsbarriere für Elektronen wird zwischen Kathode und E(T)L meistens eine sehr dünne Schicht aus Lithiumfluorid, Caesiumfluorid oder Silber aufgedampft.
Die Elektronen (d. h. die negativen Ladungsträger) werden nun von der Kathode injiziert, während die Anode die Löcher (d. h. die positiven Ladungsträger) bereitstellt. Elektronen und Löcher driften aufeinander zu und treffen sich im Idealfall in der EL, weshalb diese Schicht auch Rekombinationsschicht genannt wird. Elektronen und Löcher bilden einen gebundenen Zustand, den man als Exziton bezeichnet. Abhängig vom Mechanismus stellt das Exziton bereits den angeregten Zustand des Farbstoffmoleküls dar, oder der Zerfall des Exzitons stellt die Energie zur Anregung des Farbstoffmoleküls zur Verfügung. Dieser Farbstoff hat verschiedene Anregungszustände. Der angeregte Zustand kann in den Grundzustand übergehen und dabei ein Photon (Lichtteilchen) aussenden. Die Farbe des ausgesendeten Lichts hängt vom Energieabstand zwischen angeregtem und Grundzustand ab und kann durch Variation der Farbstoffmoleküle gezielt verändert werden. Ein Problem stellen nichtstrahlende Triplett-Zustände dar. Diese können durch Zugabe von sogenannten „Exzitoren“ wieder gelöst werden.
Verwendung und Auswahl organischer Materialien Für die aus Polymeren gefertigten organischen LEDs hat sich die Abkürzung PLED (engl. ) durchgesetzt. Als SOLED oder SMOLED werden seltener die aus „“ (kleinen Molekülen) hergestellten OLEDs bezeichnet. In PLEDs werden als Farbstoffe häufig Derivate von Poly(p-phenylen-vinylen) (PPV) verwendet. In jüngster Zeit werden Farbstoffmoleküle eingesetzt, die eine vierfach höhere Effizienz als mit den oben beschriebenen fluoreszierenden Molekülen erwarten lassen. Bei diesen effizienteren OLEDs werden metall-organische Komplexe verwendet, bei denen die Lichtaussendung aus Triplett-Zuständen erfolgt (Phosphoreszenz).Arndt Reuning: Hohe Leuchtkraft ohne teure Metalle in dradio „Forschung aktuell“ von 27. November 2013.
Diese Moleküle werden auch Triplett-Emitter genannt;Hartmut Yersin: der Farbstoff kann auch durch das Umgebungslicht angeregt werden, was zu Lumineszenz führen kann. Ziel ist es allerdings, selbstleuchtende Bildschirme herzustellen, die die organische Elektrolumineszenz nutzen.
In den letzten Jahren sind Simulationstechniken entwickelt worden, die inzwischen ausgehend von der chemischen Zusammensetzung wichtige Eigenschaften von OLEDs komplett am Computer berechnen können.Max-Planck-Institut für Polymerforschung: Von Molekülen zu OLEDs. Diese Methoden erlauben eine kostengünstige Vorauswahl von Molekülen, ohne aufwändige Synthese und experimentelle Charakterisierung.
Herstellungsverfahren bei AMOLED-Bildschirmen mini|Nahaufnahme eines Farbdisplays mit AMOLED in einer PenTile-Matrixanordnung
Bei AMOLED-(Aktivmatrix-OLED-)Bildschirmen gibt es drei bedeutende Herstellungsverfahren, die die Produktionskosten, die technischen Eigenschaften und damit das Anwendungsfeld bestimmen. Zum einen gibt es RGB-Side-by-Side-AMOLED-Bildschirme (SBS), unter anderem basierend auf einer fine metal mask (FMM)-Technologie, weiße OLEDs mit einem Farbfilter (W-OLED bzw. WOLED), und seit dem Jahre 2022 blaue OLEDs mit Quantenpunkten (QD-LED):
RGB-OLED RGB-OLED-Bildschirme (engl. red green blue organic light emitting diode) sind so aufgebaut, dass jeder Subpixel eine der drei Grundfarben Rot, Grün oder Blau emittiert. Die Vorteile liegen in einem großen Farbraum (>100 % NTSC) und einer geringen Leistungsaufnahme verglichen mit W-OLED-Bildschirmen. Nachteilig wirken sich jedoch das Herstellungsverfahren und die verschieden schnelle Alterung der Subpixel aus. Bei der Herstellung der SBS-AMOLEDs werden die Pixel durch eine fine metal mask (FMM) platziert bzw. auf das Substrat aufgetragen. Problematisch ist hierbei die hohe Genauigkeit, mit der die Maske ausgerichtet werden muss (±1 μm). Besonders bei hohen Auflösungen und großen Bildschirmen führt dies oft zu Fabrikationsfehlern, damit zu einem hohen Ausschuss und hohen Kosten. Diese Technik wird deshalb bei kleinen Bildschirmen wie Smartphones eingesetzt. Samsung ist hier ein großer Hersteller.
W-OLED bzw. WOLED Bei der W-OLED-Technologie (engl. white organic light emitting diode), auch WOLED genannt, werden keine verschiedenfarbigen Subpixel hergestellt. Der Einsatz einer FMM findet nicht statt. Bei dieser Technik trifft für jedes Subpixel weiß emittiertes Licht auf einen Farbfilter, der die Grundfarben pro Pixel selektiert. Durch die fehlende FMM ist eine Produktion auch bei großen Bildschirmen in großen Stückzahlen möglich. Farbverschiebungen infolge der unterschiedlich schnell alternden Emitterfarbschichten wie bei SBS-AMOLED-Subpixeln treten hier nicht auf. Einbrenneffekte sind jedoch auch bei W-OLEDs wie bei SBS-AMOLEDs durch verschieden starke Abnutzung der Subpixel bei beispielsweise gleichen Bildinhalten möglich. Die Leistungsaufnahme ist bei W-OLEDs wegen des lichtabsorbierenden Farbfilters höher und der Farbraum kann geringer ausfallen als bei SBS-AMOLEDs. Die WOLED-Architektur wurde maßgeblich von dem südkoreanischen Unternehmen LG entwickelt und industriell zur Serienreife gebracht. Lange Zeit war LG der einzige Massenproduzent großer OLED-Panels, ehe das ebenfalls südkoreanische Unternehmen Samsung mit der Einführung von QD-OLED im Jahr 2022 für starke Konkurrenz auf dem Markt von OLED-Bildschirmen sorgte.
4-Subpixel-Technik Durch 4 anstatt der üblichen 3 Subpixel, d. h. mit den Subpixeln Rot, Grün, Blau und Weiß, kann die Spitzenleuchtdichte Weiß erhöht werden. Diese Technik wird von einigen Herstellern bei W-OLED-Bildschirmen verwendet. Dies führt jedoch zu unerwünschten Fehlern in der Bilddarstellung, z. B. in der Form von glühenden Linien.
Tandem-(W)OLED Im Jahr 2025 kamen erstmals auf Tandem-(W)OLED basierende Bildschirme auf den Markt. Tandem-WOLED bzw. Tandem-OLED wird auch als die vierte Generation von WOLED bzw. als Nachfolger der vorherigen WOLED-Technologie bezeichnet. Der Begriff Tandem bezieht sich in dem Kontext auf die physikalische Struktur der Panels, bei der zwei oder mehr Schichten organischer Leuchtdioden übereinandergestapelt werden. Durch die Stapelung wird die elektrische Belastung der einzelnen Schichten reduziert, was nicht nur die Helligkeit und Farbreinheit erhöht und den Energieverbrauch senkt, sondern vor allem die Lebensdauer der organischen Materialien signifikant verlängert. Der Unterschied zwischen älterer WOLED-Technik und Tandem-(W)Oled besteht darin, dass WOLEDs aus drei übereinanderliegenden blauen, gelben und blauen Schichten bestehen, während Tandem-OLEDs die gelbe Schicht in Rot und Grün aufteilen und so einen Vier-Schicht-Aufbau erzeugen. Das Licht dieser Schichten durchläuft dann Filter, um das endgültige Bild zu erzeugen. Während bei "Tandem OLED" (für mobile Geräte) RGB-Subpixel gestapelt werden, nutzt "Tandem WOLED" (für größere Bildschirme) zusätzlich eine weiße Lichtquelle, um die Spitzenhelligkeit zu steigern. Wie die ältere Generation von WOLED wurde auch Tandem-(W)OLED von LG Electronics entwickelt.
QD-OLED
Bei QD-OLED (engl. quantum dot organic light emitting diode) werden wie bei der W-OLED-Technologie keine verschiedenfarbigen Subpixel hergestellt. Man verwendet für die Lichtumwandlung in die RGB-Grundfarben anstatt der Farbfilter Quantenpunkte, und anstatt der weiß leuchtenden organischen Subpixel verwendet man blaue. Bei dieser Technik trifft für die RGB-Grundfarben Rot und Grün blau emittiertes Licht auf Quantumpunkte. Da die organischen Subpixel alle blau sind, werden für die RGB-Grundfarbe Blau keine Quantenpunkte benötigt.
Samsung gab bei der CES 2022 folgende Hauptvorteile gegenüber den herkömmlichen W-OLED an:
Farbumfang (BT2020) 90 % anstatt mit W-OLED bisher nur 76 %. Farbvolumen (DCI-P3) 123 % anstatt bisher mit W-OLED bisher nur 94 %. Spitzenleuchtdichte Weiß 1.500 nit anstatt mit W-OLED bisher nur 1.000 nit. Spitzenleuchtdichte für Farben Rot, Grün und Blau 335/1.088/136 anstatt mit W-OLED bisher nur 102/350/45. Betrachtungswinkel 81 % anstatt mit W-OLED bisher nur 53 %. Es werden nur 3 Subpixel verwendet anstatt mit W-OLED 4 Subpixel. 4 Subpixel können Fehler in der Bilddarstellung verursachen.
Geplant nächster Entwicklungsschritt ist MicroLED Samsung sieht die QD-OLED-Technologie nur als einen Zwischenschritt an und plant in einer nächsten Entwicklungsphase, die Quantenpunkte beizubehalten, aber hierbei die darunter liegende blau leuchtende organischen Subpixel-Leuchtschichten durch sogenannte blau leuchtende GaN-Nanostäbchen (engl. GaN nanorod) Subpixel-Leuchtschichten zu ersetzen. Samsung nennt diese Technologie QNED (engl. quantum dot nanorod emitting diode). Da die GaN-Nanostäbchen nicht organisch sind, entstehen dadurch folgende Vorteile: Höhere Helligkeiten, höhere Lebensdauer und keine Burn-In-Effekte. Sehr ähnlich wie bei der Produktion von OLED können Nanorod in eine Lösung gegeben und aufgedruckt werden. Geplant war die erste Pilotserie für 2023, jedoch wurde diese im Mai 2022 auf unbestimmte Zeit verschoben. Samsungs QNED-Bildschirme sind jedoch keine OLED-Bildschirme, sondern MicroLED.
Vor- und Nachteile gegenüber anderen Technologien mini|Gedruckte OLED-Zeile, mit einer Batterie zum Leuchten gebracht (2012)
Gegenüber MicroLED
Vorteile MicroLED-Fernseher gelten als die Nachfolger der OLED-, LED-LCD- und Plasmafernseher. Sie vereinen alle Vorteile dieser bestehenden Bildschirmtechnologien.
Nachteile