Röhre out, Flachbildschirm in

Achim Scharf

Der Markt für LCD-Panels (Notebook- und Desktop-Monitore sowie LCD-Fernseher) ist im ersten Quartal 2005 nach Zahlen der Marktforscher von DisplaySearch gegenüber dem Vorquartal um 11%, gegenüber dem Vorjahresquartal sogar um 34% gewachsen.

Die Umsätze wuchsen um 3% gegenüber dem vergangenen Quartal, im Jahresvergleich sanken sie jedoch um 12% auf umgerechnet rund 6,4 Milliarden Euro. Besonders der Umsatz mit Notebook-Displays sank stark um 17 respektive 30%, während er bei Panels für Desktop-Monitore im Quartalsvergleich um 12% zulegte, aber im Jahresvergleich um 17% zurückging. Nur mit Panels für Flachfernseher konnten die Hersteller durchweg zulegen und sechs respektive 33% mehr umsetzen.

Insgesamt wurde im ersten Quartal die Rekordmenge von nahezu 43 Millionen LCD-Panels ausgeliefert, was die Erwartungen der Analysten deutlich übertraf, fällt doch das erste Quartal traditionell eher schwach aus. Das unerwartet starke Wachstum bei den Stückzahlen hat der Auguren zufolge drei Ursachen - die derzeitig niedrigen Preise für Panels sowie die allgemeine Erwartung einer leichten Preiserhöhung in nächster Zeit, weiterhin eine starke Nachfrage der Endverbraucher vor allem nach günstigen Geräten der 15- und 17-Zoll-Klasse und drittens die Vorstellung vieler neuer Modelle und die damit einhergehende starke Belieferung der Distributions- und Einzelhandelskanäle.

Im Ländervergleich behielt Südkorea seine führende Stellung bei der Fertigung: Mehr als 19 Millionen Stück oder 47% aller Panels kamen aus diesem Land. Taiwan blieb mit einer leichten Steigerung um einen Prozentpunkt auf 43% der zweitgrößte Produzent, auf Kosten von Japan, dessen Anteil um einen Punkt von 11 auf 10 % fiel; die Japaner konzentrieren sich mittlerweile auf die Herstellung von kleinen Panels. Mit nur 0,2 Prozent aller Panels trägt China zur Produktion im LCD-Markt bei.

Nach Herstellern überholte LG Phlips LCD Samsung (beide Südkorea) und hält mit einem Zuwachs von quartalsweise 13% und von 49% auf das Jahr bezogen den ersten Platz bei großflächigen Displays. Insgesamt lieferte dieser Hersteller im Analysezeitraum 9,5 Millionen Einheiten aus. Samsung konnte quartalsweise um 6% und jahrweise um 21% auf 9,0 Millionen Einheiten wachsen.

Mehr Fläche bei LC-Displays

Auf dem Gebiet der TFT-LCD-Technologie hat Samsung in den vergangenen Jahren zahlreiche bahnbrechende Produkte entwickelt, so im August 2001 das erste 40-Zoll- und im Oktober 2002 das erste 46-Zoll-TFT-LC-Display. Das erste TFT-LCD mit 57 Zoll Diagonale kam ebenfalls von Samsung und ist seit Dezember 2003 auf dem Markt. Mit dem 82-Zoll-TFT-LCD-Panel vom März des Jahres ist Samsung erneut wieder vorn.

Auf seiner Linie 7-1 der siebten Generation kann Samsung aus einem einzigen Substrat zwei 82-Zoll-Panels produzieren. Die Herstellung von TFT-LCDs mit derart großen Bildschirmdiagonalen war aus technologischen Gründen bisher nicht möglich. Das S-PVA-Display mit 1.920 x RGB x 1.080 (Full HD-TV) bietet Reaktionszeiten von 8 Millisekunden oder weniger und ermöglicht somit die schlierenfreie Darstellung bewegter Bilder. Weiterhin sind ein Farbfilter mit niedriger Dispersion sowie ein extrem hohes Apertur-Verhältnis eingebaut, das ein Kontrastverhältnis von mindestens 1.200:1 und eine Helligkeit von 600 cd/qm ermöglicht. Eine High-Color-Saturation Backlight erhöht die Farbsättigung auf 92% und sorgt für eine hohe Bildqualität.

"Mit unserem 82-Zoll-LCD-Panel stellen wir unsere technologische Führungsposition erneut unter Beweis. Das Panel basiert auf unserer proprietären S-PVA-Technologie, die Betrachtungswinkel von 180 Grad ohne Bildverzerrungen ermöglicht. Mit diesem Panel haben wir hinsichtlich Kontrastverhältnis, Betrachtungswinkel und Farbsättigung das weltweit leistungsfähigste TFT-LCD realisiert", berichtet Sang Soo Kim, Senior Vice President und Chef des LCD Development Centers. "Wir investieren auch weiterhin in die Entwicklung von LCD-Panels für den Einsatz in Fernseh- und mobilen Endgeräten, bei denen die Nachfrage bedeutend gestiegen ist", so Dong Hun Lee, Executive Vice President LCD Business von Samsung.

Die S-PVA-Technologie (Super PVA) ist eine erweiterte PVA-Flüssigkristall-Zellentechnologie. Auch die PVA-Technologie (Patterned Vertical Alignment) ist eine proprietäre Technologie von Samsung, mit der sich große Betrachtungswinkel erreichen lassen. Die Flüssigkristall-Moleküle (Liquid Crystal) sind normalerweise 90 Grad vertikal zu den Elektroden ausgerichtet. Durch ein elektrisches Feld werden die LC-Moleküle aus der vertikalen Position abgelenkt und mit der Hintergrundbeleuchtung entsteht das Bild. Ähnlich wie beim Multi-Domain Vertical Alignment (VA) werden die Flüssigkristalle eines Bildpunktes in vier Teilbereiche eingeteilt und separat angesteuert. Die S-PVA-Zellenarchitektur besteht jedoch nicht aus vier, sondern aus acht Teilbereichen. Somit lassen sich die LC-Moleküle in acht verschiedenen Richtungen und Winkeln steuern und der Betrachtungswinkel eines LC-Bildschirms wird deutlich vergrößert.

"Es ist offensichtlich, dass Flüssigkristall-Displays noch über Jahre die dominierende Technologie für Flachbildschirme bleiben werden", erläutert Prof. Dr. Bernhard Scheuble, der Vorsitzende der Geschäftsleitung von Merck in Darmstadt, weltweit führender Hersteller von Flüssigkristallen. "Wir haben unsere führende Position bei Flüssigkristallen im vergangenen Jahr weiter gestärkt, vor allem im hochattraktiven Segment der LCD-Fernseher."

Organische Leuchtstoffe im Kommen

Um besonders kleine Displays herzustellen, verwenden einige Hersteller nicht mehr die herkömmliche LC-Technik, sondern setzen auf organische Materialien. Die so genannten Organic Light Emitting Displays, kurz OLED, ermöglichen hohe Auflösungen auf kleinstem Raum. Dabei handelt es sich um Polymerketten, die beim Anlegen von Strom Licht aussenden. So lassen sich Displays mit VGA-Auflösung realisieren, die kaum größer sind als eine Kreditkarte - das ermöglicht zum Beispiel detailreiche Anzeigen für Digitalkameras und mobile Abspielgeräte. Mögliche und in einigen Bereichen schon praktizierte Einsatzgebiete von OLEDs sind Mobiltelefone, PDAs sowie Anzeigen in Kraftfahrzeugen. Auch Display-Brillen lassen sich mit OLEDs realisieren. Jüngst vorgestellte Modelle erlauben deutliche Wiedergabe von Details, sogar Texte lassen sich erkennen.

Der Markt für OLED-Flachbildschirme wächst derzeit stärker als 100% pro Jahr. Noch konzentrieren sich die 21 Hersteller (2003: 6) auf Geräte in der Mobilkommunikation, jedoch geraten OLED-Fernsehbildschirme verstärkt in ihren Fokus. Laut DisplaySearch wurden im Jahr 2004 mehr als 32 Millionen Einheiten (+ 98%) ausgeliefert, bei 446,1 Mio. $ (+ 77%) Umsatz. Auch hier haben die Südkoreaner einen erheblichen Vorsprung.

"Mit der Akquisition von Covion Organic Semiconductors will Merck die Chance nutzen, aus einer führenden Position heraus das Potential alternativer Technologien frühzeitig zu erkunden", kommentiert Scheuble. Covion konzentriert sich auf die Entwicklung künftiger Anwendungen für OLEDs und stellt bereits OLED-Materialien für den kommerziellen Einsatz her. Covion hat in 2004 einen Umsatz von rund 8 Mio. € erzielt. Das Unternehmen geht auf ein Projekt der früheren Zentralforschung der Hoechst AG zurück und wurde 1999 als Joint Venture zwischen der damaligen Aventis Research & Technologies und Avecia etabliert.

Technologie von OLEDS

Erste wissenschaftliche Berichte über die Elektrolumineszenz in organischen Materialien datieren aus dem Jahr 1953. Die technische Nutzung der Elektrolumineszenz-Displays begann aber erst 1987, als Kodak und kurz darauf Pioneer sich entschlossen, in diese Zukunftstechnologie zu investieren.

Erste organische Leuchtdioden entstanden aus im Vakuum aufgedampften kleinen Molekülen ("Small Molecules" oder SM-OLED). Etwas später kamen organische Leuchtdioden auf Basis von längerkettigen Polymeren hinzu, die in flüssiger Lösung aufgebracht werden (Polymer-OLED oder PLED). Momentan dominieren im Displaymarkt SM-OLED-Produkte; PLED-Displays hingegen ließen sich zukünftig ähnlich wie mit einem Tintenstrahldrucker kostengünstig produzieren. Aufgrund der direkten Umwandlung von Strom in Licht kann davon ausgegangen werden, dass die OLED-Technologie bis zu 30%Umwandlungseffizienz erreichen kann.

Bereits seit den neunziger Jahren widmen sich mehrere Institute der deutschen Fraunhofer-Gesellschaft diesen Leuchten der Zukunft. Am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam untersuchen und verbessern Forscher kostengünstige Produktionsverfahren für PLED. Dazu wurde mit der Firma MBraun in München eine Referenzanlage entwickelt und installiert. Sie ermöglicht es, alle Herstellungsprozesse unter den erforderlichen Bedingungen ablaufen zu lassen: nasschemische Beschichtungen, trockene Bedampfungen und Verkapselungen. Gerade letztere müssen unter Schutzgas vorgenommen werden, da Sauerstoff und Wasserdampf die Lebensdauer von PLEDs stark beeinträchtigen würden. Gemeinsam mit der Universität Kassel konnten Vorstufen von 3-D-Displays mit sehr kleinen Strukturen hergestellt werden. Zudem realisierten die Forscher Strukturen auf flexiblen Substraten, die zu aufrollbaren Anzeigen weiterentwickelt werden. Hier sind Kunststoffabdeckungen mit Barriereschichten besonders gefragt, da sie Flüssigkeiten und Gase nur sehr langsam hindurchtreten lassen.

In einem zweiten Forschungsfeld wird die Synthese neuer, leuchtfähiger Materialien vorangetrieben. "Diese Substanzen müssen eine möglichst einheitliche chemische Struktur aufweisen und dürfen keine molekularen Defekte aufweisen, denn nur so ist es möglich, Polymere herzustellen, die in den Farben rot, grün oder blau und mit der gewünschten Brillanz leuchten", so Armin Wedel, Forschungsbereichsleiter Funktionale Polymersysteme.

Die Technologie auf Basis der kleinen Moleküle untersuchen Forscher vom Fraunhofer-Institut für photonische Mikrosysteme IPMS. Hier heißt das Ziel ihrer Arbeiten: möglichst hocheffiziente OLEDs bei geringen Herstellungskosten. Mit der deutschen Firma Applied Films in Alzenau konzipieren und entwickelten sie die weltweit erste vertikale In-Line-Anlage, mit der Displays dreimal effizienter hergestellt werden können als mit konventionellen Systemen.

Ein wirtschaftlich wesentlicher Faktor sind auch verbesserte Integrationstechnologien - also Verfahren, um aus Komponenten Displays aufzubauen. Mit Schaltkreisen, die Passiv-Matrix-Displays ansteuern, konnten Forscher vom IPMS demonstrieren, das sich in ihm viele, ganz neue Funktionen kombinieren lassen. "Mit den neuen Ansteuerschaltkreisen für OLEDs ist unser Institut weltweit einer der ganz wenigen unabhängigen Systemlieferanten", betont Jörg Amelung, Bereichsleiter Organische Materialien und Systeme.

Die Vorteile von OLED

Für OLED statt LCD sprechen mehrere Gründe: Organische Displays lassen sich einfach produzieren - prinzipiell kann ein entsprechend ausgerüsteter Tintendrucker auf einer Folie die erforderlichen Elemente aufbringen. Um die einfache Herstellung zu demonstrieren, entwickelte Philips Research einen Tintendruckprozess mit vier Druckköpfen, die jeweils 256 Piezo-Druckdüsen enthalten. Jedes Subpixel (R, G oder B) wird aus mehreren Schichten aufgebaut. OLEDs können wegen dieser Drucktechnik sogar auf beliebig geformte Unterlagen gesetzt werden. Besonders für Werbeanzeigen ist diese neue Freiheit im Display-Design interessant.

Philips zeigte bereits im letzten Jahr den Prototypen eines 13-Zoll-Fernsehers mit OLED-Technologie auf Polymerbasis. Damit sollte bewiesen werden, dass es möglich ist, großformatige OLED-Displays mit Hilfe des Präzisions-Tintenstrahldruckverfahrens zu fertigen. Die erreichte Bildqualität des PolyLED-Prototypen veranschaulicht das enorme Potenzial, das in dieser neuen Technologie für TV-Anwendungen steckt.

Forscher bei Philips haben kürzlich zudem ein neues Beschichtungsmaterial und einen Leuchtstoff entwickelt, der nicht wie die bislang verwendeten fluoresziert, sondern phosphoresziert, und somit die Effizienz deutlich steigerte. So wurde für eine grüne OLED ein Leuchtvermögen von rekordverdächtigen 24 Candela pro Ampère erreicht. "Diese Durchbrüche zeigen den Weg in die Zukunft, für die wir eine zehnfache Steigerung der Effizienz für OLED-Polymere erwarten", sagt Eric Meulenkamp, leitender Wissenschaftler am Philips-Forschungszentrum in Eindhoven. "Die Leuchtdioden auf der Basis von halbleitenden Kunststoffen haben gegenüber den weit verbreiteten Flüssigkristall-Bildschirmen den Vorteil, keine zusätzlich Hintergrundbeleuchtung zu benötigen. Dabei können mit ihnen prinzipiell beliebig große Displayflächen gefertigt werden, deren Bildqualität sogar unabhängig vom Blickwinkel ist. Nur die begrenzte Haltbarkeit und die effiziente Umsetzung vom fließenden Strom in Licht stellten uns bisher noch vor Probleme."

Mit der Entwicklung des neuen Beschichtungsmaterials reduzieren die Philips-Forscher die bei der Lichterzeugung auftretenden Verlustleistungen, die durch das Ungleichgewicht von Elektronen und Elektronenlöchern im Polymermaterial entstehen. Eine neue Anodenschicht hält diese beiden Ladungsträger besser im Gleichgewicht und konnte damit die so genannte Quanteneffizienz auf 12% steigern, was einer Verdreifachung im Vergleich zur Effizienz bekannter OLEDs entspricht. Den zweiten Durchbruch sehen die Wissenschaftler in einem zugemischten Polymer, durch das zusätzlich zu einem fluoreszierenden Leuchtstoff noch ein phosphoreszierendes Material in die OLED eingebaut werden kann. Damit lässt sich in einem grün leuchtenden Prototyp mit der gleichen Strommenge deutlich mehr Leuchtkraft erzeugen. Es bleibt zu hoffen, dass die europäischen Anstrengungen bald Früchte tragen, denn die asiatischen Firmen sind mit Produkten weit voraus.

Bereits fertigungsreif

Großflächige OLED-Bildschirme rücken der Massenproduktion immer näher. Samsung hat zum Jahresbeginn den Prototypen eines 21-Zoll-Displays auf OLED-Technik vorgestellt. Das 21-Zoll-Display hat eine Auflösung von 1920 x 1200 Pixel Auflösung sowie eine Helligkeit von 400 Candela pro Quadratmeter und ein Kontrastverhältnis von 5000:1. Ende Mai hat Samsung einen neuen Rekord aufgestellt und einen Prototypen mit einem Meter Bildschirmdiagonale mit 1280 x 800 Bildpunkten präsentiert. Mehr Informationen zu OLEDs finden Sie auch auf der Website www.oled.at.

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LINKS

• www.displaysearch.com
• www.samsung.com
• www.merck.de
• www.philips.com
• www.iap.fraunhofer.de
• www.ipms.fraunhofer.de
• www.oled.at