Organische Leuchtdioden, auch bekannt als OLEDs, haben ihren Ursprung in der Organischen Elektronik und gelten als das Licht von morgen. Die Technologie der OLED basiert auf organischen bzw. kohlenstoffhaltigen Molekülen, die Licht abgeben, wenn sie elektrisch geladen werden. Die Vorteile der OLEDs sind vielfältig. Zum einen punkten sie durch ihre effiziente Energiebilanz: Im Gegensatz zu einer konventionellen Glühbirne benötigen sie nur ein Fünftel der elektrischen Leistung. Zum anderen überzeugen sie durch ihre überlegenen physikalischen Eigenschaften: OLEDs sind dünn, leicht und potenziell flexibel. Sie bringen große Flächen zum Leuchten und spenden ein angenehm homogenes Licht. Trotz all dieser Vorzüge ist Organisches Licht auf dem Markt aktuell noch Luxusware. Neben den hohen Produktionskosten stellt das bisher aus Kunststoff bestehende Substrat – die Grundlage der OLEDs – eine technologische Herausforderung dar. Da Kunststoff ein durchlässiges Material ist, können Wasser, Luftfeuchtigkeit sowie Sauerstoff an die organischen Moleküle der OLEDs gelangen, was wiederrum die Materialien stetig zerstört und die OLED-Lebensdauer reduziert.

Eine Lösung hierfür fand ein Konsortium aus Firmen und Forschungsinstituten des in Sachsen ansässigen Clusters Organic Electronics Saxony sowie des japanischen Partnerclusters YUFIC der Yamagata Universität. Sie erforschten im Rahmen der BMBF-Maßnahme „Internationalisierung von Spitzenclustern, Zukunftsprojekten und vergleichbaren Netzwerken“ (Cluster – Netzwerke – International) die Nutzbarkeit und Verarbeitung von Ultradünnglas, das im Gegensatz zu Kunststoff als Grundlage für die OLED eine starke Schutzschicht bietet. Mit Erfolg, denn aus ihrem Gemeinschaftsprojekt entstand ein innovatives Produktionsverfahren für eine neuartige OLED, die aufgrund ihres angenehmen und großflächigen Lichts sogar als OP-Leuchte in die Anwendung gelangte. Da Japan als wertvoller Partner die entscheidende Expertise in der OLED-Produktion und Dünnstglas Materialentwicklung mitbrachte, hob diese komplementäre Zusammenarbeit zweier Innovationsregionen die Organische Leuchtdiode auf das nächste Level.

Internationale Kooperation als Sprungbrett für neue Innovationen

Der sächsische Cluster Organic Electronics Saxony arbeitet als Europas größte Innovationsregion für Organische und Flexible Elektronik führend an „organischen“ Lösungen für den Alltag der Zukunft. Egal, ob kosteneffizient gedruckte Batterien aus Chemnitz oder die weltweit effizientesten organischen Solarzellen aus Dresden – mit rund 39 Firmen und 17 Forschungseinrichtungen erschließt Organic Electronics Saxony das gesamte Feld der organischen, gedruckten und flexiblen Elektronik mit dem Ziel, Produktionsprozesse kostengünstiger und umweltverträglicher zu gestalten. Die Erforschung und Weiterentwicklung der OLED zählt ebenfalls zu einem der Steckenpferde des Clusters. Schließlich wird der OLED-Industrie in den nächsten Jahren ein bahnbrechend starkes Wachstum vorhergesagt. Um die Erforschung der OLED als Kerngebiet zu implementieren, um neue Expertise dazuzugewinnen und um wettbewerbsfähig zu bleiben, braucht es jedoch die Einbindung von internationalem Know-how.

Daher bewarb sich der Cluster Organic Electronics Saxony auf die vom BMBF ausgerufene Maßnahme „Internationalisierung von Spitzenclustern, Zukunftsprojekten und vergleichbaren Netzwerken“ (Cluster – Netzwerke – International), bei welcher es 2015 erfolgreich als einer von elf deutschen Gewinnern der ersten Wettbewerbsrunde hervorging. Mit der Fördermaßnahme treibt das BMBF den Ansatz der internationalen Vernetzung von regionalen Clustern voran. Herausragende nationale Cluster und Netzwerke sollen durch den Aufbau strategiegeleiteter Kooperationen mit anderen Innovationsregionen weltweit Lösungen erarbeiten, um den aktuellen Herausforderungen zu begegnen. Die Wahl der Partnerregion des sächsischen Clusters fiel auf Japan, einem Hightech-Land, das fundierte Expertise im Bereich der Organischen Leuchtdiode und ihren Substraten vorweist. Gemeinsam wollen sie neue Endprodukte der Organischen Elektronik entwickeln und die marktreife Herstellung der Organischen Leuchtdiode vorantreiben. Organic Electronics Saxony-Geschäftsführer, Dominik Gronarz, erklärt, inwiefern sich die beiden Cluster passend ergänzen:

„Auf der einen Seite sehen wir die Kompetenzen der sächsischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, sowie die der neu gegründeten Unternehmen in Bezug auf organische Solarzellen und Materialien, gedruckte und Vakuum-prozessierte Elektronik. Auf der anderen Seite stehen die japanischen Unternehmen und Universitäten mit ihrem Know-how bei organischen Leuchtdioden und die großen Weltkonzerne, wie beispielsweise Pioneer und Mitsubishi, die wir hier in Sachsen bzw. Deutschland so nicht finden.“

Zudem stellt Japans Expertise im Bereich der Ultradünnglas-Produktion – ein Glas mit einer Dicke von höchstens 0,2 Millimeter – einen wertvollen Vorteil für das geförderte Gemeinschaftsprojekt dar.

Deutsch-japanische Kooperation führt zu neuartiger OP-Lampe

Das von August 2018 bis Ende Juli 2021 laufende deutsch-japanische Gemeinschaftsprojekt namens „LAOLA“ führte zum erhofften Erfolg: Das Konsortium des sächsischen Clusters Organic Electronics Saxony und des japanischen Clusters YUFIC entwickelten durch komplementäre Zusammenarbeit eine neuartige Form einer Leuchtdiode, basierend auf Ultradünnglas als Substrat. Im Gegensatz zu Kunststoff bietet Glas eine ausreichend starke Schutzschicht gegenüber Sauerstoff und Feuchte. Dennoch kann es mit speziellen Verfahren so dünn und zugleich flexibel produziert werden, dass es wie eine Folie wirkt. Das Alleinstellungsmerkmal dieses vom BMBF-geförderten Kooperationsprojektes lag dabei insbesondere in den ergänzenden Synergien. Während der japanische Cluster aufgrund seiner Expertise sich auf die Dünnstglas-Herstellung sowie die Bearbeitung und Strukturierung dieses Substrats konzentrierte, arbeiteten die Mitglieder des sächsischen Clusters an der OLED-Verarbeitung, Produktionsanlagen und der Verkapselung. Folglich bewältigte diese internationale Kooperation eine bis dato existierende Herausforderung bezüglich der Prozessierung von Ultradünnglas im effizienten Rolle-zu-Rolle-Verfahren und des Transfers der OLED in die flächenbreite Anwendung.

Bei der Forschung allein blieb es jedoch nicht. Um die Erkenntnisse zu dem blendfreien, homogenen Licht der OLEDs in die passende Anwendung zu bringen, entschieden die Partner, eine OP-Leuchte zu konzipieren und als Prototyp zu produzieren. Der OP-Saal stellt hierbei aufgrund seiner Anforderungen ein spannendes Anwendungsfeld dar, schließlich handelt es sich um einen sensiblen Raum, in dem beste Lichtverhältnisse herrschen müssen. Eine Chance für die OLED, ihr komplettes Potenzial zu beweisen. OLEDs auf Dünnstglas stellen hier ein ideales Material da, um Langlebigkeit zu garantieren und den Hygieneanforderungen gerecht zu werden. Der Cluster Organic Electronics Saxony stellte gemeinsam mit den beteiligten Instituten und Firmen die OP-Leuchte im März auf der LOPEC 2022 – Messe für gedruckte Elektronik und Kongress – in München vor.

Nachhaltiger Fortschritt im Bereich der Organischen Elektronik

im Rahmen des Vorhabens „LAOLA“ erstellte Organic Electronics Saxony eine Marktstudie für die entwickelten Leitanwendungen sowie eine Fertigungskonzeption, um den Weg für den Technologietransfer zu ebnen. Der führende Projektleiter des Clusters Organic Electronics Saxony, Dr. Jonas Jung, betont, dass die erarbeiteten Ergebnisse sich auch auf andere Bereiche der Organischen Elektronik übertragen lassen:

„Durch den Einsatz innovativer Produktionstechnologien bei allen Partnern wurde ein vielversprechender OLED-Demonstrator entwickelt, der neue Anwendungsmöglichkeiten für flexible Elektronik eröffnet. Dieses großartige Ergebnis des LAOLA-Projekts unterstreicht die Innovationskraft der langjährigen deutsch-japanischen Zusammenarbeit.“

Letztlich führte diese internationale Cluster-Kooperation zu einer über die BMBF-Förderung hinaus nachhaltigen Partnerschaft, einem Erkenntnisgewinn und einem bedeutenden Fortschritt im Bereich Beleuchtung – der zukünftig die OP-Säle erhellen lässt.

^{[1] Beteiligte Firmen und Institute: Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP), FHR Anlagenbau GmbH, CREAVAC-Creative Vakuumbeschichtung GmbH, WOLFRAM Designer und Ingenieure, Hel}