In der Display- und Vakuumtechnik sind die Innovationspotenziale ungebrochen

Exakt 107 Jahre nach der Entdeckung der Braunschen Röhre durch den deutschen Physiker Karl Ferdinand Braun hat die Branche das Innovationsfieber gepackt. Dies demonstrierten rund 100 Experten aus zwölf Ländern anläßlich der von der Informationstechnischen Gesellschaft im VDE (ITG) organisierten “Displays and Vacuum Electronics 2004” in Garmisch-Partenkirchen.

Ein Themenschwerpunkt der Tagung “Displays and Vacuum Electronics 2004” galt dem LCD-Fernseher. Zwar wurde der Traum vom flachen Fernseher, der wie ein Gemälde an die Wand gehängt werden kann, bereits mit der Präsentation des ersten LCD-Prototypen im Jahre 1966 geboren. Dennoch hat es mehr als 30 Jahre gedauert, bis die ersten LCD-Fernseher in Fachgeschäften und Elektronikmärkten angeboten wurden. Heute sind LCD-TVs schon in größerer Zahl zu finden. Dennoch liegen die Verkaufspreise noch um ein Vielfaches über denen konventioneller Geräte.

Schätzungen internationaler Marktforschungsinstitute zufolge sollen die Verkaufszahlen aber rapide steigen, da die Geräte bei sinkenden Preisen für größere Käuferschichten erschwinglich werden: Bereits im Jahre 2003 gingen über 3 Millionen LCD-Fernseher über die Ladentheke. “Wir rechnen damit, dass LCD TVs im Jahre 2005 bereits einen Marktanteil von 20 Prozent erobern werden”, schätzt Dr. Kazuaki Tarumi von der Darmstädter Merck KGaA. Die Anwendung von LCDs in Fernsehern wird damit zu einer weiteren Erfolgsgeschichte dieser Technologie nach Notebooks, Mobiltelefonen und PC-Monitoren.

Bislang waren Displays aus Flüssigkristallen vor allem bei den Laptops verbreitet. Für den Einsatz beim Fernseher musste ein Nachteil der “Liquid Crystal Displays” aus dem Weg geräumt werden. So besitzen die “klassischen” LCDs mit passiver Ansteuerung eine relativ lange Ansprechdauer, was sich bei schnellen Bildänderungen, zum Beispiel bei der Darstellung des Mauszeigers bei Computern, in Form einer “Verschmierung” bemerkbar macht. Den schnelleren Taktzeiten für technische Neuerungen in der Elektronikbranche müssen die Entwicklungszeiten für entsprechende Flüssigkristalle und LC-Mischungen ebenfalls gerecht werden.

Ein entscheidender Punkt bei LCDs ist neben schnelleren Schaltzeiten und immer geringerem Energieverbrauch ein blickwinkelunabhängiger Kontrast. Deshalb beschränken sich die Forscher nicht nur auf die Erforschung neuer Flüssigkristalle – sie entwickeln zusammen mit den Displayherstellern auch neuartige LCDs. In einem Labor für Zellentechnologie testet Merck bereits LC-Mischungen der neuesten Generation im Hinblick auf noch kleinere Blickwinkelabhängigkeit und schnellere Schaltzeiten. In jüngster Zeit hat Merck zusammen mit einem Partner das so genannte In-Plane-Switching patentieren lassen. So erhält man LCDs mit einem Betrachtungswinkel bis zu 170°, der sich mit dem der herkömmlichen Bildröhrenmonitore durchaus messen kann. Das heißt, dass diese Displayart für die Anwendung in Fernsehern, PC-Monitoren, Notebooks und Navigationssystemen in Autos besonders geeignet ist.

Weitere spannende Entwicklungen zeichnen sich zur Zeit auf dem Gebiet der OLEDs – einer weiteren zukunftsträchtigen Display-Technik – ab. Das Kürzel steht für “Organic Light Emitting Diode”. Dabei handelt es sich um spezielle, auf geeigneten Substraten aufgebrachte Polymere, welche zur Aufnahme von Ladungsträgern befähigt sind. Beim Anlegen einer Spannung kommt es nach Überschreiten der sogenannten Schwellspannung zu einer Lichtemission, deren Farbe von der gewählten organischen Substanz abhängig ist.

Ursprünglich stand die kurze Lebensdauer eines OLED-Display einem breiten Einsatz im Wege. Wie anläßlich der Fachtagung aber gezeigt wurde, konnten in jüngster Zeit sowohl in Bezug auf die organischen Materialien als auch hinsichtlich der verwendeten Barriereschichten entscheidende technologische Fortschritte erzielt werden, die dem Markteintritt den Weg ebnen werden.

Aus den neuartigen organischen Leuchdioden der zweiten Generation können nunmehr hauchdünne und hocheffiziente Displays gefertigt werden. Solche Displays sind von asiatischen Firmen schon auf den Markt gebracht worden. Für eine weite Verbreitung sind jedoch noch deutliche Verbesserungen notwendig. “Das Ziel unser Display-Aktivitäten in Dresden ist, mit einer zweiten, stark verbesserten Generation von OLED auf Basis dieser neuen Resultate in das momentan von asiatischen Hersteller beherrschte Gebiet der Flachdisplays einsteigen zu können. Weiterhin sind unsere Resultate von großer Bedeutung für Beleuchtungsanwendungen, da die Dioden auch bei den dort benötigte großen Helligkeiten noch Effizienzen von 80 Lumen pro Watt haben”, sagte dazu Prof. Dr. Karl Leo vom Institut für Angewandte Photophysik (IAPP) der Technischen Universität Dresden.

Die Arbeiten zur Effizienzsteigerung werden in enger Zusammenarbeit mit der Novaled GmbH, einer Ausgründung aus der TU Dresden und dem Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) Dresden, durchgeführt. Gildas Sorin, Geschäftsführer von Novaled “Wir lizenzieren die OLED-Technologie von der TU Dresden und sind über diese Fortschritte begeistert. Damit werden unsere Chancen für einen erfolgreichen Markeintritt auf diesem heftig umkämpften Gebiet deutlich verbessert.”

Die Dresdner Forscher sehen jedoch noch viel Spielraum für weitere Verbesserungen: Mit dem erfolgreichen Zusammenspiel von Grundlagen- und angewandter Forschung sollte es mittelfristig möglich sein, die Effizienz noch einmal zu verdoppeln und damit selbst die Werte für Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen deutlich zu überbieten.

Auch in der Vakuumelektronik sind die Innovationspotenziale noch längst nicht ausgereizt, wie internationale Experten anläßlich der “Displays and Vacuum Electronics 2004” eindrucksvoll demonstrieren werden. Die Palette der Innovationen erstreckt sich von der Anwendung von UV- und Röntgenstrahlen über den Einsatz maßgeschneiderter Materialien für die Vakuumelektronik bis hin Fortschritten in der Entwicklung von Ionentriebwerken für die Raumfahrt.

Vorgestellt wird auch eine neue Generation von Mikrowellenverstärkern für Nachrichtensatelliten, die es gestatten, Solarenergie effizient in Mikrowellen umzuwandeln. Mit Wirkungsgraden um 70 Prozent konnte auf diesem Gebiet unlängst ein technologischer Durchbruch erzielt werden.