Bildreportage: Gedruckte Nano-Leuchten

Das Unternehmen cynora in Eggenstein-Leopoldshafen entwickelt preiswerte Leuchtdioden, sogenannte „OLEDS“, für Bildschirme in Handys, Fernsehern, Digitalkameras oder auch für leuchtende Verpackungsfolien. Unsere Reporterin Saphir Robert hat sich in den Laboren umgesehen. Zum Start bitte auf das Bild klicken.

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Was hier so schön in verschiedenen Farben leuchtet, sind keine mit Strom betriebenen Lämpchen und es ist auch nicht radioaktiv. Doch wie kann es sein, dass die kleinen Gläschen so bunt und hell strahlen? Das hängt mit ihrem Inhalt zusammen. Foto: cynora
Bei Tageslicht sehen die Fläschchen so aus. Die enthaltenen Substanzen sind chemische Stoffe, die das Unternehmen cynora in Eggenstein-Leopoldshafen entwickelt hat. Sie bilden die Grundlage für neuartige Leuchtdioden, die sehr viel platzsparender und preiswerter sind als die Leuchtdioden, die heute bereits in Handys, Kameras oder Bildschirme eingebaut werden. Was hier verhältnismäßig unscheinbar wirkt, reicht für sehr viele Geräte. Denn die Substanzen werden später als leuchtende Schichten aufgetragen, die nur wenige Hundert Nanometer dick sind.
Der Trick bei diesen Substanzen: Bislang muss für Farbdarstellungen auf Displays weißes Licht so gefiltert werden, dass nur eine bestimmte Wellenlänge für eine bestimmte Farbe übrig bleibt. Bei den von cynora entwickelten Stoffen leuchtet dagegen jedes einzelne aufgetragene Molekül in einer bestimmten Farbe, wenn es durch UV-Licht oder Spannung angeregt wird. Jedes dieser Moleküle ist nur wenige Nanometer groß. Foto: Harry Hautumm / pixelio.de
Das Prinzip der OLED-Leuchtdioden als solches ist nicht ganz neu. Für sehr kleine Bildschirme wird es bereits verwendet. Chemische Grundlagen für die leuchtenden Farben, die bereits heute für kleine Displays beispielsweise in Smartphones oder bei kleinformatigen Fernsehern verwendet werden, sind allerdings fast immer Verbindungen aus Gold, Iridium oder seltenen Erden, die sehr teuer sind. Das baden-württembergische Unternehmen experimentiert dagegen mit verhältnismäßig preiswerten Rohstoffen wie beispielsweise Kupfer. Dadurch lassen sich diese Farben sehr viel kostengünstiger herstellen und sollen daher in Zukunft auch für größere Bildschirme, zum Beispiel Fernseher, verwendet werden. Foto: Rainer Sturm / pixelio.de
Die Produktion der Leuchtsubstanzen ist kein Zufallsprodukt, sondern Ergebnis sorgfältiger Planung: Am Anfang steht ein chemisches Molekül-Modell, wie das, das beispielhaft in der Abbildung zu sehen ist. Es wird aufgrund bekannter Eigenschaften ähnlich gebauter Moleküle gezielt zusammengestellt, ist also ein Produkt des sogenannten „molecular designing“. Natürlich sind die Formeln und Zusammensetzungen der einzelnen Leuchtstoffe Betriebsgeheimnis des Unternehmens. Bild: cynora
Im Labor werden die Stoffe gemäß dem Modell als Prototypen hergestellt und in der Praxis getestet.
Die fertige Substanz ist zunächst fest und wird dann in kleinen Mengen in Lösungsmitteln gelöst und in Glasröhrchen gefüllt.
Die Leuchteigenschaften des neuen Materials können anschließend mit einem sogenannten „Photolumineszenzspektrometer“ bestimmt werden. So wird ermittelt, welche Farbe mit dem untersuchten Stoff später auf einem Handy- oder Kameradisplay dargestellt werden könnte.
Um den gewünschten Stoff in möglichst reiner Form zu erhalten, wird der Reaktionsansatz in gelöster Form auf das obere Ende eines Kolbens gegeben, der mit Kieselgel gefüllt ist. Die Mischung wird mit Lösungsmittel über diese Säule gepumpt. Die Zeit, die eine chemische Verbindung für den Weg bis zum Ende der Säule braucht, ist jeweils unterschiedlich. So lassen sich die verschiedenen hier enthaltenen Substanzen trennen und der gewünschte Stoff herausfiltern. Diese Technik nennt sich „Säulenchromatografie“.
In einem Rotationsverdampfer wird der herausgefilterte Stoff vom Lösungsmittel befreit und wieder fest. Foto: cynora
Nachdem die leuchtenden Stoffe wieder fest sind, werden sie mit verschiedenen Druck- oder auch sogenannten „Rakel-“ (mechanische Streich-) Verfahren in Schichten von 200 bis 300 Nanometern Stärke auf dünne Glasplatten oder Kunststoff aufgebracht. Foto: cynora
Wird eine elektrische Spannung angelegt, beginnen die Farbstoffe zu leuchten. Mit dem Verfahren lassen sich auch biegsame Kunststoffe bedrucken. Auf dem Foto ist eine selbst leuchtende Kunststofffolie mit dem Schriftzug des herstellenden Unternehmens zu sehen. Foto: cynora
Michael Bächle, Chemiker und technischer Leiter des 2003 gegründeten Unternehmens, träumt davon, dass seine Produkte bei Verpackungen, zum Beispiel bei Dosen oder Flaschen, eingesetzt werden, weil sie neue Möglichkeiten im Bereich Produktvermarktung bieten. „Stellen Sie sich vor: Das Regal im Supermarkt, in dem Getränkeflaschen aufgereiht stehen; eine Flasche leuchtet, die anderen nicht – welche würde Ihnen als erstes auffallen?“, fragt Bächle. Eine Herausforderung sei noch die Verarbeitung der Materialien und die Haltbarkeit der leuchtenden Farben. „Wir arbeiten daran, gedruckte Leuchtdioden langlebig genug zu machen, damit daraus in Zukunft auch Bildschirme produziert werden können“, sagt Bächle.