28. April 2006

Wir SFler wissen es natürlich genau: Die beste Science-Fiction wird meist immer durch das reale Leben überholt. So auch in dem folgenden Fall …

Meist sind starre Bildschirme in unser aller Lieblingsserie schon längst überholt. Ein frei projiziertes Hologramm müßte es bitteschön schon sein. Anders sieht es in den cineastischen Umsetzungen von SF aus. Dort sind die Displays oft hintergrundprojizierende Glasplatten verschiedener Größe und - zugegebenermaßen - ziemlich cool, wie ein bekannter Brigadier-General zu sagen pflegt. Und das, liebe Leute, ist wirklich keine SF mehr. Beim stöbern im Web kam mir folgender Artikel unter, den ich Euch nicht vorenthalten will. Die Autorin ist Dr. Elisabeth Hoffmann von der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig:

Weltweit erstmals haben Forscher der Technischen Universität Braunschweig auf einer transparenten Schicht einen ebenfalls durchsichtigen Bildpunkt zum leuchten gebracht. Das Verfahren ebnet den Weg zu einer völlig neuen Generation von durchscheinenden Bildschirmen. Auf klaren Fensterscheiben oder flexiblen durchsichtigen Folien können dadurch in Zukunft farbige Bilder und elektronische Informationen erscheinen. Die Grenze zwischen Science Fiction und Realität scheint einmal mehr zu verschwimmen. Wurden in Hollywood-Filmen wie Minority Report transparente Computerbildschirme noch als Zukunftsvision vorgestellt, ist es Wissenschaftlern der TU Braunschweig nun erstmals gelungen, völlig durchsichtige Bildpunkte (Pixel) auf Basis organischer Leuchtdioden (kurz OLEDs: organic light emitting diodes) zu realisieren.

Diese Pixel werden mit ebenfalls transparenten Dünnschichttransistoren (TFTs) angesteuert. In Zukunft könnten große und hochauflösende durchsichtige Displays aus Millionen dieser Pixel aufgebaut werden. Solche Anzeigen, so erklärt Thomas Riedl der Leiter der Arbeitsgruppe Organische und Anorganische Laser am Institut für Hochfrequenztechnik der TU Braunschweig, eröffnen eine Fülle neuer Anwendungen in vielen Bereichen des täglichen Lebens: In der Automobilindustrie spielen transparente Displays in Designstudien immer wieder eine wichtige Rolle. Noch bedeutsamer wird allerdings die Integration dieser Anzeigen beispielsweise in die Windschutzscheibe von Fahrzeugen sein, um den Fahrer mit wichtigen Informationen, etwa in Notfallsituationen, zu unterstützen. In der Medizintechnik können transparente Displays den Chirurgen bei der Operation direkt in seinem Blickfeld mit Zusatzinformationen versorgen.

OLED-Displays erobern gegenwärtig Marktanteile, allen voran in MP3-Playern und Mobiltelefonen. Sie versprechen als Konkurrenz zu etablierten LCD- oder Plasmabildschirmen eine höhere Farbbrillanz, ein geringeres Gewicht sowie niedrigere Herstellungskosten. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der organischen Schichten in OLEDs ist ihre Transparenz im sichtbaren Spektralbereich. Verwendet man für die Kontakte zur Stromzufuhr keine Metallschichten, sondern, wie die Braunschweiger Forscher, transparente leitfähige Metalloxide, z.B. Indium-Zinn-Oxid oder Zinkoxid, dann können auch völlig transparente OLEDs realisiert werden.

Analog zu etablierten Flüssigkristalldisplays müssen auch in OLED-Displays die einzelnen Bildpunkte mit einer Treiberelektronik aus Dünnschichttransistoren (Thin Film Transistor TFT) angesteuert werden. Diese so genannten Aktiv-Matrix-Displays (AM-Displays) ermöglichen neben einer hervorragenden Graustufendarstellung auch einen geringen Stromverbrauch und eine hohe Displayhelligkeit bei insgesamt längeren Lebensdauern. Als Halbleitermaterial für die Herstellung von TFTs in konventionellen AM-Displays wird heute überwiegend Silizium eingesetzt. Silizium hat allerdings den Nachteil, daß es im sichtbaren Spektralbereich sehr stark absorbiert, also nicht transparent ist. Die TFTs und die OLED Pixel müssen also nebeneinander positioniert werden. Auf diesem Weg lassen sich aber allenfalls wenig transparente Displays mit sehr limitierten Pixeldichten (dpi: dots per inch) erreichen. Der neue Ansatz der Braunschweiger Wissenschaftler ist die Verwendung von ebenfalls durchsichtigen TFTs. Diese bestehen anstelle von Silizium aus einer etwa 100 Nanometer dicken Metalloxidschicht, hier Zink-Zinn-Oxid, die mehr als 90 Prozent des sichtbaren Lichtes hindurchläßt. Die anzusteuernde OLED kann also bequem direkt auf die jeweilige Treiberelektronik plaziert werden, ohne daß der Durchblick beeinträchtigt wird. Die auf diese Weise hergestellten transparenten aktiven Pixel haben eine Transparenz von mehr als 70 Prozent.

Die Hauptkomponente der transparenten TFTs, das Zinkoxid, ist ein in großen Mengen billig verfügbarer Rohstoff, und wird Beispielsweise auch in Sonnencremes verwendet. Die für die Transistoren verwendeten dünnen Schichten lassen sich mittels etablierten Abscheide-Verfahren auch auf große Flächen aufbringen. Die dabei benötigten Prozeßtemperaturen von unter 200 °C erlauben sogar die Verwendung von billigen und flexiblen Kunststoffsubstraten. »Besonders erfreulich«, so Riedl, »ist die Tatsache, daß die Metalloxid TFTs etwa 10 mal besser Strom treiben können als ihre etablierten Vorgänger«. In den präsentierten Bauteilen konnte mit dem Transistor die Helligkeit eines OLED Pixel von 0 bis 700 cd/m2 stufenlos geregelt werden. Typische Computermonitore erreichen heute Helligkeiten von etwa 300 cd/m2.

Die Forscher wollen als nächstes noch mehr über die Grundlagen der transparenten TFTs lernen und diese weiter optimieren. Erste Prototypen transparenter OLED-Displays sollen dann in den nächsten zwei Jahren entstehen. »Wenn man diese Technologie erst in Händen hält, fallen einem zwangsläufig duzende neuer Anwendungen ein. In kritischen Situationen, wie z. B. im Straßenverkehr, kann die dringend benötigte Information schneller in den Blick des Betrachters gebracht werden. Neuartige schicke Designelemente für die Unterhaltungselektronik werden ebenfalls möglich«, erklärt Riedl.