Die OLED in der Beleuchtung – Grundlagen und Entwicklungsstand

| Autor / Redakteur: Gotthard Weißflog * / Hendrik Härter

Wie sich die Lichtausbeute einer OLED erhöhen lässt

Neben geeigneten Materialien und einer optimierten Bauelementearchitektur ist die Erhöhung der Lichtausbeute durch geeignete Auskoppelstrukturen für die interne und externe Lichtauskopplung der dritte, wesentliche Forschungskomplex, um hohe Energieeffizienzen zu erreichen. Aufgrund der starken Lokalisierung der Ladungsträger auf einzelnen Organikmolekülen unter-scheidet sich der Ladungsträgertransport fundamental vom Bandtransport in anorganischen Halbleitern. Dadurch ergibt sich bei der OLED im Vergleich zur LED ein wesentlich komplexer, flächenhaft ausgeprägter Aufbau.

Das erfordert hohe Entwicklungsaufwendungen und Investitionen in Fertigungsanlagen für neue Prozessabläufe. Demgegenüber konnte bei der LED auf Prozesse, die aus der in Jahrzehnten gewachsenen anorganischen Halbleiterindustrie kommen, aufgebaut werden.

OLEDs erfolgreich auf dem Markt positionieren

Durch die rasante Entwicklung der LEDs sind die Entwicklungs- und Fertigungszielstellungen noch ambitionierter, um OLEDs erfolgreich für flächenhafte Beleuchtungen auf den Markt platzieren zu können. Die dafür notwendigen Investitionen haben dazu geführt, dass viele potentielle Hersteller das Risiko für den Aufbau einer Massenfertigung momentan scheuen. Sie fertigen OLED-Bauelemente in Testfertigungsanlagen.

Nur LG, dass bekanntermaßen sehr erfolgreich das Geschäft der OLED-TVs Business dominiert, und OLEDWorks bieten OLEDs an, die in industriellen Massenfertigungsanlagen gefertigt werden. Entwickelt und gefertigt werden die Bauelemente in Bauelementeentwicklung und -fertigung von OLEDWorks wird in Rochester (USA) und in der ehemaligen Philips OLED-Betriebsstätte in Aachen durchgeführt. OLEDWorks wurde vor einigen Jahren von ehemaligen Eastman Kodak Mitarbeitern als Startup gegründet.

Das Bild 2 vergleicht jeweils zwei verfügbare Bauelemente der beiden Hersteller. Vor 15 Jahren lag die Energieeffizienz bei 15 lm/W und man erreichte eine Lebensdauer von 3000 h bei einer Leuchtfläche von 1000 cd/m². Die Tabelle 2 zeigt die Entwicklung wesentlicher Parameter einer OLED ab 2015 und gibt einen Ausblick bis zum Jahr 2020. Dabei ist deutlich der Sprung bei der Lichtausbeute zu erkennen.

Hohe Lichtausbeute und lange Betriebsdauer einer OLED

OLEDs zeigen bei hohen Helligkeiten einen signifikanten Abfall der Ausbeute und der Betriebslebensdauer. Eine Lösung für dieses Problem ist der Einsatz einer Tandemstruktur bei den OLEDs von OLEDWorks. Mit solchen Strukturen lassen sich gleichzeitig sowohl eine hohe Lichtausbeute als auch eine lange Betriebsdauer erzielen. Die erzielbaren Parameter der OLED-Panele für die Energieeffizienz > 60 lm/W, einer Lebensdauer >40,000 h bei 3000 cd/m², und einem CRI > 80 reichen für viele Applikationen im Inneren von Gebäuden aus.

Die Abmessungen sind rechteckig bzw. quadratisch, beispielsweise 10 cm x 10 cm, wobei die Farbtemperatur von warm- bis neutralweiß reicht. Obwohl die OLED-Panelpreise stark gesunken sind, müssen sie weiter sinken. Auf dieses Thema werden wir im zweiten Teil der Geschichte eingehen. Viele ansprechende Beispielapplikationen in der Allgemeinbeleuchtung oder im Umfeld der Architektur. Sie erfordern die Integration einer spezifischen, raumsparenden Ansteuerelektronik und eine Preisreduzierung durch eine automatisierte Fertigung bis hin zur Leuchtenfertigung. Die a priori vorhandene flächenhafte Lichtabstrahlung des OLED-Panels ermöglicht grundsätzlich eine einfache Systemintegration bis hin zur flächenhaft leuchtenden OLED-Leuchte. Das wirkt sich zudem vorteilhaft auf die erreichbare Energieeffizienz aus, wie es in der Energieeffizienz-Roadmap in Tabelle 2 verdeutlicht wird.

* Dr.-Ing. Gotthard Weißflog ist Netzwerkmanager des OLED-Industrial Light Application (OLAB) in Jena.

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