Leuchtstark & leicht: Alles über OLED

Jahrelang wurde darüber geredet, Ende 2013 war es soweit: Mit den organischen Leuchtdioden kam eine dritte Bildschirm-Technologie auf den Markt, die so hell ist wie LCD und so reaktionsschnell, kontrastreich wie Plasma, dazu sparsam, dünn und leicht wie noch nie – zumindest theoretisch. Zudem ist OLED eine „Investition in die Zukunft“, so Samsung-Manager Michael Zöller. Denn mit dieser Technik ist „alles möglich“, selbst ein transparenter oder biegsamer Schirm. Die wichtigsten Fragen bzw. Antworten zu den neuen OLED Displays finden Sie hier ...

 

Burosch Samsung OLED Präsentation

Samsung stellte seine 55 Zoll großen OLED-Schirme auf der CES 2013 vor; sie verwenden farbreine Leuchtstoffe.

 

Warum wirken OLED-Schirme so brillant?

Auf der CES-Messe 2012 vor einem Jahr war es augenfällig: Die OLED-Bildschirme auf den Ständen von Samsung und LG ließen die Konkurrenz blass erscheinen. Das hat einen speziellen Grund, der so nur auf Messen zum Tragen kommt. Es stehen bei einer solchen Gelegenheit nämlich sehr viele Bildschirme im Umkreis, und auf die meisten blickt der Betrachter in schrägem Winkel. Seitlich gesehen fallen LCDs immer noch dramatisch ab, vor allem in Kontrast und Farbigkeit, OLEDs dagegen sind homogen und gleichmäßig – egal wie man sie ansieht.

Nominell ist die Helligkeit sogar etwas geringer als bei handelsüblichen LCD-Fernsehern, etwa 300 cd/m2 gegenüber 400 bis 500. Doch ähnlich wie bei Laser wirken OLEDs aufgrund der hohen Farbreinheit strahlender als Bildschirme, die ein breites Wellenlängen-Spektrum abgeben. Nach Angaben von Herstellern entspricht eine OLED-Helligkeit von 150 cd/m2 rund 250 cd/m2 bei LCDs.
Frontal ist daher auch kaum ein Unterschied zwischen beiden Bildschirmtypen zu sehen, zumindest nicht in der hellen Umgebung. OLEDs haben zudem den Vorteil, dass sie die Spitzenhelligkeit über den Mittelwert hinaus anheben können, ähnlich wie bei Bildröhren oder Plasma. Im Vergleich mit Plasma können OLED-Schirme mithalten, was die Bildwirkung angeht, sind aber durch die höhere Helligkeit überlegen. Es ist also tatsächlich so, dass die neuen Displays die Vorteile von LCD und Plasma vereinen, ohne die jeweiligen Nachteile.

Burosch LG OLED Präsentation

Burosch LG OLED Technologie

LG kam als erster Hersteller mit OLED-Schirmen auf den Markt, da die Herstellung mit Farbfilter etwas einfacher ist.


Wie kommt der hohe Kontrast zustande?

Den Kontrast des 55EA9809 wird von LG mit unendlich angegeben, was insofern nicht verwunderlich ist, als jeder durch Null geteilte Wert unendlich ergibt. Denn während bei LCD immer ein, wenn auch noch so spärliches Streulicht seinen Weg nach vorne findet und bei Plasma ein Löschimpuls benötigt wird, ist bei OLED einfach der Bildpunkt aus. Der Schwarzwert liegt damit bei Null, zumindest solange weder benachbarte Pixel überstrahlen oder Licht von außen drauf fällt. Den extrem hohen Kontrast erkauft sich OLED auch nicht durch Tricks wie Local Dimming, die wiederum Artefakte zur Folge haben.

Genauso beeindruckend wie der im Dunkeln gemessene Kontrast ist die Leistung im Hellraum. OLED-Bildschirm scheinen jedes Licht, das auf sie fällt, direkt einzusaugen und nicht wieder herzugeben. Selbst das Blitzlicht von Fotoapparaten macht ihnen offenbar nichts aus. Bei Plasma dagegen hellt das Umgebungslicht auch die Partien auf, die ausgeschaltet sind. Ähnlich wie bei LCD sind es bei OLED die optischen Komponenten, die Licht rein-, aber nicht wieder rauslassen. Einzelne Firmen wie Sony nutzen dafür spezielle Farbfilter über den Pixeln, andere Polarisationsfolie – LG sogar beides. Auch in Sachen Kontrast gilt also, dass OLED in hellen Räumen so gut sein kann wie LCD, in dunklen Räumen so gut wie die besten Plasmas.

Burosch Aufbau OLED

Aufbau der OLED Technologie

 

Sind OLEDs auch Spitze in der Bewegungsdarstellung?

Auf dem Papier kommen OLEDs auf Fabelwerte in der Reaktionszeit, von Millisekunden-Bruchteilen und damit deutlich schneller als LCDs. Diese Werte sagen allerdings gar nicht aus, was die Darstellung von Bewegungen auf dem Schirm angeht – was umso wichtiger ist, je größer sie werden. Denn wenn das Auge einem Objekt folgt, entscheidet über die Bewegungsschärfe die Haltedauer, und die ist bei 50 Hertz nun einmal 20 Millisekunden, bei jedem Bildschirm. Röhre und Plasma arbeiten mit Helligkeitsimpulsen, die kurz aufleuchten und dann abklingen, wodurch sie selbst bei 50 Hertz scharf wirken.

OLED verhält sich dagegen wie ein moderner LCD, weshalb man für scharfe Bewegungen die 20 Millisekunden in kleine Schritte zerlegen muss. Bewegungsartefakte durch die digital Ansteuerung wie bei Plasma existieren bei OLED nicht. Es dürfte daher 200 beziehungsweise 240 Hertz die Regel bei OLED-Fernsehern sein, verbunden natürlich mit einer Zwischenbildberechnung. Auch höhere Frequenzen sind denkbar, dürften aber in der Praxis kaum noch Vorteile bringen.
Die unbearbeitete Darstellung des 50- oder 60-Hertz-TV-Bildes bleibt auch bei OLED eine schöne, aber unerfüllte Hoffnung.

Burosch MERCK OLED Herstellung

Vom deutschen Hersteller Merck kommen nicht nur Materialien für die 40-cm-OLED-Displays, sondern auch Flüssigkristalle für LCDs.

 

Wie geben OLEDs 3D-Bilder wieder?

Bei OLED-Bildschirmen ist jede Art von 3D-Darstellung mäglich, die es auch bei LCD und Plasma gibt, also sowohl Polfilterung wie Shutterbrillen und sogar 3D ohne Brille. Vor- und Nachteile sind dabei vergleichbar mit LCD, also Auflösungsverlust bei Polfiltern (halbierte Zeilenzahl) und Helligkeitseinbußen vor allem durch Shutterbrillen. Zumindest dieser lässt sich aber durch die Art der Ansteuerung und Einfügen einer Dunkelphase stark verringern – damit wird der Licht-Output auf den Zeitraum konzentriert, in dem die Brillengläser geöffnet sind, ähnlich wie bei einigen LED-LCDs. Da die OLEDs extrem schnell schalten können, kann das Übersprechen von einem aufs andere Bild deutlich besser kontrolliert werden als bei LCD Fernsehern.
Polfilterung ist ebenfalls ähnlich wie bei LCD eine einfach zu realisierende Option, da die entsprechenden Folien bereits bei den meisten OLED-Schirmen für besseren Hellraum-Kontrast vorgesehen sind. Damit wird nur noch ein zweiter Layer benötigt, der zeilenweise für die Drehung der Polarisation sorgt. 3D ohne Brille kann mit OLEDs durch eine Parallaxenbarriere oder durch ein Linsenraster realisiert werden, die Nachteile speziell in puncto verringerter Aufläsung ändern sich nicht.

Burosch Sony OLED TV

Genau wie Panasonic will auch Sony OLED-Schirme in 4K-Ausführung herstellen, die Schaltung kommt dabei von AUO aus Taiwan.

 

Gelten OLEDs nicht als besonders verschleißanfällig?

Lange Zeit war der Verschleiß der Leuchtmaterialien eines der ungelösten Probleme der OLED-Technik. Ältere Produkte mit diesen Anzeigen sind heute meistens unansehnlich geworden, sei es das Pioneer-Autoradio von 1998 oder die Digitalkamera von Kodak; auch ältere MP3-Player oder Handys wurden gelegentlich mit organischen Displays bestückt, die heute nicht mehr gut aussehen. Das lässt aber keine Rückschlüsse auf OLED-Fernseher zu. Die heutigen Leuchtstoffe werden von den Herstellern mit Lebenserwartungen von 30.000 bis 300.000 Stunden spezifiziert, was für einen Fernseher locker ausreichen sollte. Trotzdem ist das Problem noch vorhanden. Denn die Lebensdauer beziffert die Anzahl der Stunden bis zum 50-prozentigen Abfall der Helligkeit. Viele Leuchtmaterialien verlieren aber schon in den ersten zehn Prozent ihrer Lebenserwartung deutlich an Effizienz. Und wenn das zum Beispiel für die blaue Komponente stärker der Fall ist als für die anderen Töne, gerät die Farbbalance aus dem Gleichgewicht. Das gilt übrigens für RGB-OLEDs wie für solche mit weißem Licht und Farbfiltern gleichermaßen.
 

Kann es Einbrennen bei OLEDs geben?

Ähnlich wie die Lebensdauer ist das Einbrennen eine noch offene Frage bei den OLED-Fernsehern. Es ist vom Prinzip her gut denkbar, dass man ähnlich wie bei Plasma stehende Muster oder Logos vermeiden muss – zumindest in den ersten Monaten der Benutzung. Denn phosphoreszierende Stoffe haben diese Art von Gedächtnis, die eine ungleiche Abnutzung zumindest für gewisse Zeit speichert. Doch ob und wie stark Einbrennen wirklich auftreten kann, lässt sich weder für Samsung noch für LG sagen. Das gilt es abzuwarten und eventuelle Warnungen der Hersteller zu befolgen. Denkbar ist zudem, dass das Einbrennen nur eine oder zwei Farben betrifft, so dass die entstehenden Schatten farbig wirken. Denn die Produzenten verwenden sowohl phosphoreszierende (für Blau) als auch fluoreszierende Materialien (Rot, Grün), die durchaus unterschiedlich reagieren können.
 

Was ist der Unterschied zwischen Samsung und LG?

Gemeinsam ist allen OLEDs, dass sie mit positiv geladenen Teilchen (Electrons) und negative geladenen Teilchen (Holes) organische Leuchtstoffe anregen; dazu sind Injection Layer (EIL, HIL) und Transport Layer (ETL, HTL) nötig. Da der Strombedarf in der Schaltung deutlich höher ist als bei LCD, wird eine spezielle Technik benötigt. Anstelle von wenig leistungsfähigem amorphem Silizium nutzen sowohl Samsung als auch LG Metall-Oxid-Verbindungen.
Der wesentliche Unterschied zwischen beiden Firmen ist der Aufbau. Samsung setzt dabei auf die Anordnung von Leuchtstoffen nebeneinander. Diese OLEDs in RGB-Struktur haben für jeden Subpixel einen eigenen Leuchtstoff in Rot, Grün und Blau, darüber und darunter liegen die Layer für Elektronen-Austritt und -Transport, jeweils für negative und für positive Ladung. Die Polfilterschicht dient dem höheren Kontrast, sie kann auch durch Farbfilter ersetzt werden. Die besondere Schwierigkeit bei der RGB-Technologie liegt in der punktgenauen Platzierung der Leuchtstoffe, was derzeit noch durch Aufdampfen geschieht, in Zukunft soll gesprüht oder gedruckt werden.
OLEDs mit weißem Licht wie bei LG verwenden mehrere Farbschichten übereinander, die transparent sind; LG setzt auf ein Dual-Stack, also zwei Farbschichten mit einem Ladungsträger dazwischen (CL), da man die Stoffe für Rot und Grün mischen kann – beides sind phosphoreszierende Materialien, dieser Layer strahlt dann gelb. Blau dagegen ist fluoreszierend und muss daher separat aufgebracht werden. Drei Farbfilter sind immer nötig, LG nimmt ein zusätzliches Weiß-Segment für höhere Lichtausbeute und geringeren Stromverbrauch. Einfacher scheint bei LG auch die Herstellung eines gebogenen Schirms. Nur wirklich flexible und damit biegsame Displays scheinen bei beiden Firmen schwierig.
Je nach Fertigungsverfahren sind unterschiedliche Materialeigenschaften nötig, und umgekehrt lassen sich bestimmte Materialien nur auf spezielle Art und Weise aufbringen. Die Kunst der Hersteller liegt darin, zusammen mit den Zulieferern die richtige Kombination aus Leuchtstoff und Produktionstechnologie zu finden.
 

Wann kommen andere Hersteller auf den Markt?

Viele TV-Gerätehersteller haben sich zum Thema OLED geäußert. Noch von keiner Firma sind Pläne bekannt, eine Fertigung großformatiger OLED-Panels aufzubauen. Daher werden andere Anbieter mindestens ein Jahr brauchen. Panasonic hat als einzige japanische Firma eine Pilotanlage für OLEDs bis 55 Zoll in Vorbereitung, aber noch keine Massenproduktion. Wahrscheinlich wird man einen Prototypen auf der IFA im nächsten September sehen. Meldungen über einen baldigen Marktstart beruhen auf einem Übersetzungsfehler. Sharp hält die LCD-Technik für noch nicht ausgereizt, man will OLED zumindest prüfen. Die LCD-Hersteller AUO und CMI investieren zwar in die OLED-Fertigung, aber nur in Kleinformaten und für Backplanes, also die Schaltung hinter den Leuchtstoffen. Dass Samsung und LG andere Anbieter beliefern, etwa Toshiba, Philips oder Hisense, ist vorerst nicht ausgeschlossen, aber eher unwahrscheinlich – beide wollen die neue Technologie zuallererst für ihre eigene Marke nutzen. Vom Prinzip her ist kein großer Unterschied zu LCD zu notieren, was bedeutet, dass fast alle wichtigen Panel-Produzenten daran arbeiten und auch mittelfristig ihr Programm erweitern werden.
 

Sind die OLED-Fernseher teuer?

Anfang 2013 geisterten einige wirre Zahlen durch die Medien. Schätzungen von Analysten gingen von rund 8.000 US-Dollar/Euro aus, die Preise könnten bis Ende des Jahres 2013 auf 4.000 Dollar sinken. Tatsache ist allerdings, dass beide Anbieter die Preise nach anderen Kriterien als den Herstellungskosten festlegen. Denn sowohl bei Samsung wie bei LG sind die Herstellungsverfahren weder endgültig festgelegt noch erprobt. So wissen die Hersteller schlicht und einfach noch nicht, wie viele Exemplare sie zur Verfügung haben. Fällt der Ausstoß hoch aus, könnten die Preise weit unter 8.000 Dollar beziehungsweise Euro liegen. Man darf aber davon ausgehen, dass das LG-Modell etwas günstiger herzustellen ist wird als der Samsung-Fernseher. Auf längere Sicht aber können OLEDs selbst die günstigen LCDs unterbieten, weil der Materialaufwand wesentlich geringer und die Elektronik weitgehend gleich ist. Doch bis die Preise unter LCD-Niveau sinken, wird es noch einige Zeit dauern. Erst einmal aber kosten sie ziemlich viel, weil die Stückzahlen noch niedrig und die Konkurrenz schwach ist.
 

Haben OLED-Fernseher auch Nachteile?

Vom Prinzip her unterliegen OLEDs als selbst emittierende Schirme den Nachteilen aller anderen Displays ohne Hintergrundbeleuchtung. Die Leuchtstoffe machen sie empfindlich auf Einbrennen und Farbverschiebung, ebenso sind die Lebensdauer und die dauerhafte Qualität fraglich. Schwierig ist auch die Grau-Abstufung, also die Helligkeit von Null bis zu 100 Prozent (Gamma). Das kann mit einem Gamma-Scaling-Testbild leicht überprüft werden.

 

Begriffe auf einen Blick

  • OLED – Organic Light Emitting Diode, also organische Leuchtdiode. Halbleiter, der bei Stromzufuhr zu leuchten beginnt und je nach Material eine bestimmte Wellenlänge abstrahlt, also eine sehr reine Farbe. OLED unterscheiden sich von LEDs durch die Art der Leuchtmittel, die hier aus organischen, also pflanzlichen Verbindungen bestehen.
  • AM-OLED – Active Matrix OLED, also Bildschirm mit aktiver Schaltung pro Subpixel. Das ist normalerweise ein Transistor, manchmal auch zwei, gefertigt in einer Dünnfilmschicht (TFT). Alle farbigen OLEDs haben eine Active-Matrix-Schaltung.
  • PM-OLED – Passive Matrix OLED, Bildschirm ohne Schaltung. Hier werden über einzeln angesteuerte Leiterbahnen die Pixel mit Strom versorgt, was nur bei sehr kleinen Displays möglich ist.
  • SM-OLED – Small Molecule OLED, Leuchtdiode aus Kleinmolekülen. Small Molecules sind die organische Verbindung, mit der die OLED-Entwicklung begann, sie wird heute noch in den meisten Schirmen benutzt.
  • Fl-OLED – Fluorescent OLED. Lichtabstrahlung in Form von kaltem Leuchten (Lumineszenz), die beim Stopp der Energiezufuhr sofort endet. Fluoreszierende Materialien werden genau wie phosphoreszierende bei OLEDs eingesetzt.
  • Ph-OLED – Phosphorescent OLED. kalte Lichtabstrahlung, die nachleuchtet.
  • PLED – Polymer Light Emitting Diode, organische Leuchtdiode aus Polymeren. Andere Materialklasse, die Vorteile in der Verarbeitung hat, weil man sie nicht aufdampfen, sondern drucken kann. Bisher nur in wenigen Produkten verwendet, ausschließlich mit einfarbigen, kleinen Schirmen.
  • PolyLED – Anderer Ausdruck für PLED
  • LEP – Light emitting polymer, anderer Ausdruck für PLED
  • WOLED – White OLED, weißes Licht ausstrahlendes OLED. Kann sowohl zur Beleuchtung als auch für Displays eingesetzt werden, besteht aus Leuchtstoffen in den drei Grundfarben, die nicht einzeln angesteuert werden.
  • OEL – Organic Electroluminescence, anderer Ausdruck für OLED.