Die OLED für die Beleuchtung – Ein Technologieüberblick

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Treston Deutschland GmbH

DMB Technics AG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

OLED-Netzwerk OLAB

Gestapelte Emitter ergeben ein weißes Licht

Inzwischen stellen Chemiefirmen organische Emittermaterialien für alle Farben im natürlichen Lichtbereich her. Zunehmend werden fluoreszierende durch phosphoreszierende Substanzen ersetzt. Um jedoch hohe Energieeffizienten umzusetzen, müssen tiefblaue phosphoreszierende Emitter entwickelt und hergestellt werden.

Obwohl grundsätzlich langkettige polymere Substanzen (P-OLED) als Emittermaterialien möglich sind, verwenden die Bauelementehersteller bisher fasst ausschliesslich Kleinmolekülmaterialien (engl. small molecules, SM-OLED). Sie verfügen über einen hohen Reinheitsgrad und ermöglichen so die erforderliche Lebensdauer. Die Emittermaterialien können in unterschiedlichen Bereichen des natürlichen Lichtspektrums breitbandiges Licht erzeugen. Durch das Übereinanderstapeln von blauen, grünen und roten Emittern entsteht weißes Licht mit hohem CRI.

Um die Leuchtdichte zu erhöhen und damit die Stahlungsleistung und Lebensdauer, werden mehrere OLED-Baulementefunktionsschichten übereinandergestapelt. Das entspricht einer Reihenschaltung von OLED-Bauelementen. Obwohl hier ein sehr komplexer Schichtaufbau realisiert wird, liegt die Gesamtdicke immer noch im Submikrometerbereich. Neben den verwendeten Materialien und einer komplexen Bauelementearchitektur werden die Lebensdauer, die Energieeffizienz und die Lichtqualität durch eine effiziente Lichtauskopplung beeinflusst.

Eine OLED lässt sich aufgrund ihres Aufbaus aus sehr dünnen, großflächigen Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes und Schichtdicken als asymmetrischer Schichtwellenleiter betrachten. Dadurch kann der größte Teil des in der Emitterschicht erzeugten Lichts die OLED nicht verlassen. Etwa 40 bis 50 Prozent der Photonen verbleiben als sogenannte geführte Moden in der ITO-Schicht oder den organischen Schichten und als Oberflächenplasmonpolaritonen an der Grenzfläche zwischen Metall und Organik, wo sie absorbiert werden.

Weitere 20 bis 30 Prozent der Photonen werden an der Grenzflache zwischen Substrat und Luft totalreflektiert und können das Substrat nur durch die Seitenflächen verlassen. Dieses Licht wird zwar nicht absorbiert, kann aber nur mit aufwändigen mikrooptischen Systemen nach vorne umgelenkt werden. Somit ergibt sich ohne Modifikation der OLED eine Auskoppeleffizienz von etwa 20 Prozent.

Wie sich die OLEDs herstellen lassen

Durch optimierten und modifizierten Schichtaufbau der OLED für die interne Lichtauskopplung bis hin zur Verbesserung der externen Lichtauskopplung durch spezifische Auskoppelfolien wird intensiv an einer Verbesserung der Effizienz gearbeitet. Man schätzt, dass bis zu 60 Prozent des in der OLED erzeugten Lichts extern nutzbar gemacht werden kann. OLEDs werden aktuell ausschließlich auf Basis der chemischen Gasphasenabscheidung oder des CVD-Verfahrens (Chemical Vapour Deposition) hergestellt.

Besonders geeignet sind die SM-Emittermaterialien, welche durch das Verdampfen oder Sublimieren im Hochvakuum aufgebracht werden. Mit ihnen lassen sich die Leuchtdichtehomogenität und die hohen Anforderungen an die Farbreinheit besser als bei den langkettigen Polymermaterialien realisieren. Für eine einfachere Prozessführung sollen künftig die Abscheidegeschwindigkeit und die Materialnutzung auf 70 Prozent erhöht werden. Die Kosten lassen sich durch Substratgrößen von 1,2 m x 1,5 m erzielen. OLEDS sollen künftig auch gedruckt werden.

Durch nasschemische Prozesse in der Flüssigphase werden polymere oder SM-Materialien, die flüssig prozessierbar sind, aufgetragen. Panasonic verwendet die Hybridnutzung: Dabei wird die Lochinjektionsschicht (Bild 2) in der Flüssigphase abgeschieden und anschließend die weiteren Schichten in der In-line-Anlage aufgedampft.

Für eine homogene Lichtverteilung muss bei großen Flächen der Flächenwiderstand der ITO-Anode von ca. 15 Ohm reduziert werden. Dazu lassen sich diskrete Metallstrukturen auftragen. Zum Dimmen lässt sich die interne Kapazität der OLED von 300 pF/mm² nutzen, was allerdings Blindströme verursacht. Hier wird die Gleichstromsteuerung bevorzugt. Positiv wirkt sich aus, wenn mit Pulsweitenmodulation angesteuert wird. OLED-Treiber sollten vor Kurzschlüssen gesichert sein, da die hohen Ströme lokal zu Erwärmungen führen können.

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