Seit mehreren Jahren arbeitet die KSG Leiterplatten GmbH daran, Leiterplatten so zu designen, dass diese die organischen Lichtquellen aufnehmen können. Vorteil der Leiterplattenlösung wäre unter anderem die extrem flache Ausführung der Leuchtbaugruppe inklusive der Ansteuerelektronik. Außerdem kann ein organischer Schaltungsträger deutlich kostengünstiger und zuverlässiger eine Matrix leuchtender Pixel kontaktieren, als dies mit Glas als Substratmaterial möglich wäre. Bild 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des OLED-Moduls, welches in enger Kooperation mit einem sächsischen Forschungspartner entwickelt wurde.
Die OLED-Leiterplatte
Charakteristisch für diesen Schaltungsträger sind die Hohlräume, die eine Beschädigung des organischen Bauelements vermeiden sollen. Gleichzeitig dienen die Vertiefungen zur Aufnahme von Abdichtmaterialien, damit ein Eindringen von Feuchtigkeit und Sauerstoff weitestgehend unterbunden werden kann. Bild 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Schaltungsträgers.
Bis auf die Separation der Kontaktinseln durch schmale Kreisringe sind sämtliche Flächen auf der Top-Seite vollständig metallisiert. Die Kontaktinseln befinden sich wie auch der Randbereich auf gleichem Niveau und ragen aus der Kavität heraus. Durchkontaktierungen führen die Kontakte auf die Rückseite der Leiterplatte zu den Bauelementen der Ansteuerelektronik. Das transparente OLED-Substrat wird mit der Leiterplatte durch einen permeationsarmen Klebstoff dauerhaft fixiert.
Im Zuge des Verkapselungsvorgangs werden die korrespondierenden Anschlussflächen von organischer Leuchtdiode und Leiterplatte durch spezifische Kontaktelemente elektrisch leitfähig verbunden. Bild 3 zeigt den Ausschnitt eines angesteuerten OLED-Moduls nach dem vorgestellten Konzept.
Elektrolumineszenz-Aufbauten
Neben den organischen Leuchtdioden stellen siebdruckbare Elektrolumineszenz-Aufbauten (EL) einen weiteren Forschungsschwerpunkt dar. In Zusammenarbeit mit Design & Siebdruck Freudenberg GmbH konnten derartige Anzeigeelemente wesentlich lichtstärker und mit deutlich verbesserter Auflösung der geometrischen Strukturen realisiert werden, als dies dem aktuellen Stand der Technik entspricht.
Der Aufbau einer Elektrolumineszenz-Lampe ähnelt dem eines Kondensators. Zwischen zwei Elektroden befindet sich ein elektrisch isolierender Layer, der sich aus einer dielektrischen Lage und der eigentlichen Leuchtschicht zusammensetzt. Die Frontelektrode muss transparent ausgeführt sein. Die rückseitige Elektrode ist Teil des Leiterbildes auf der Außenlage des Schaltungsträgers. Der Elektrolumineszenz-Aufbau wird in Bild 4 deutlich.
Dickschicht-EL-Aufbauten weisen gegenüber organischen LEDs nicht zu unterschätzende Vorteile auf. Der Schichtaufbau ist deutlich einfacher zu bewerkstelligen und es muss nicht unter Vakuum prozessiert werden. Auch sind die Anforderungen in punkto Feuchtigkeitsaufnahme deutlich geringer.
Die Strukturierung der Leuchtfläche lässt sich vorteilhaft über metallische Anschlussflächen der Leiterplatte verwirklichen. Dies kann einerseits über die spezifische geometrische Form des betreffenden Pads oder über eine Matrix gleichartiger Quadrate erfolgen. Bei Letzterem konnte mit Musteraufbauten nachgewiesen werden, dass praktisch kein „Rand“ mehr zwischen benachbarten Pixel der Leuchtmatrix vom bloßen Auge erkannt werden kann. Zwei ausgewählte Beispiele sind in Bild 5 und 6 wiedergegeben. Sie stehen stellvertretend für die Design-Vielfalt der mit einfachen Mitteln realisierbaren EL-Anzeigeelemente.
Teile der im Beitrag vorgestellten Aktivitäten werden im Rahmen der Technologieförderung mit finanziellen Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Freistaates Sachsen im Verbundprojekt „Leuchtkraft“ gefördert.
Kai Schmieder
(hb)
