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Organisches Licht

OLEDs als Beleuchtungskomponenten für die IBV

Organische Leuchtdioden sind flache, homogene und energieeffiziente flächenhafte Beleuchtungselemente, die für die Bildverarbeitung interessante Optionen bieten. Die herausragende Eigenschaft der OLED stellt ihre extrem dünne Bauweise und die flächige Abstrahlcharakteristik dar, die sie von bisherigen Lichtquellen grundlegend unterscheidet. Inzwischen wird statt der unteren Abdeckung aus Glas auch eine Dünnschichtverkapselung verwendet. Dadurch kann man die Gesamtdicke sogar auf unter 1mm reduzieren.
Die OLED-Beleuchtung hat für allgemeine energieeffiziente Beleuchtungsanwendungen im Innenraum ein enormes Potenzial für den Massenmarkt. Hierauf fokussieren sich die Anstrengungen bei der Entwicklung und Fertigung der OLED-Bauelemente. Daraus ergibt sich allerdings, dass fast ausschließlich quadratische oder rechteckige Bauformen mit weißem Licht angeboten werden. Kundenspezifische Formen können zwar entwickelt werden, solche Bauelemente sind jedoch wesentlich teurer und bedürfen einer engen Zusammenarbeit mit den OLED-Herstellern.

Optische Lichtauskopplung & Strahlformung

Eine OLED stellt durch ihren Aufbau aus sehr dünnen, großflächigen Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes und Schichtdicken einen asymmetrischen Schichtwellenleiter dar. Deshalb kann der größte Teil des in der Emitterschicht erzeugten Lichts die OLED normalerweise nicht verlassen. Durch einen optimierten und modifizierten Schichtaufbau der OLED für die interne Lichtauskopplung und durch Verbesserung der externen Lichtauskopplung durch spezifische Auskoppelfolien kann erreicht werden, dass zukünftig bis zu 60% des in der OLED erzeugten Lichts extern nutzbar wird. Die interne Lichtauskopplung kann nur durch den OLED-Hersteller beeinflusst werden. Zur Verbesserung der externen Auskopplung werden OLEDs oft bereits mit Auskoppelfolien angeboten, welche mikrooptische Elemente (Linsen- bzw. Pyramidenarrays) beinhalten. Hier besteht auch für den Anwender die Möglichkeit, eigene Lösungen zu realisieren. Das könnte in folgenden Fällen sinnvoll sein:

  • • Verbesserung der Homogenität: Durch Unterschiede in der Stromverteilung kann es zu Helligkeitsunterschieden kommen. Dies tritt meist in der Mitte der OLED auf.
  • • Verwendung mehrerer OLEDs: Zum Schließen der Lücken zwischen den OLEDs zur Vergrößerung der Leuchtfläche oder bei Sonderbauformen mit nichtparallelen Grenzflächen, wie Sie bei 3D-Beleuchtungskomponenten auftreten, kann es Lösungen in Verbindung mit dem Gesamtaufbau des OLED-Moduls geben.

Gerichtete Abstrahlung: Diffuse Abstrahlcharakteristiken können in eine applikationsabhängige, gerichtete Lichtabstrahlung durch die Verwendung einer Primäroptik (Standardauskoppeloptik) und Sekundäroptik zur Strahlformung – entsprechend den Erfordernissen der Applikation – verändert werden. Es ist zu beachten, dass das Lichtbündel immer noch breit aufgefächert ist. Für Anwendungen mit gerichtetem, fokussiertem Licht sind LEDs als Punktlichtquelle allerdings besser geeignet.

Ideale Flächenleute

Inzwischen werden zwar schon flächenhafte LED-Beleuchtungskomponenten in sehr flachen Geometrien angeboten, zu denen zukünftige OLED-Beleuchtungen potentiell in Wettbewerb stehen. Allerdings ist für homogene Leuchtflächen bei LEDs immer die Umwandlung einer leuchtstarken Punktlichtquelle in eine flächenhafte Leuchte erforderlich. Der Begriff ‚Application Efficiency‘ wird verwendet, um die OLEDs und LEDs auf dem Systemlevel für flächenhafte Lichtanwendungen zu vergleichen. Dabei sind sowohl die (licht-)technischen Parameter, als auch die Herstellungskosten der Leuchtquellen bis hin zur Leuchte gegenüberzustellen. Bei der Herstellung flacher LED-Lichtquellen zu Flächenleuchten entstehen durch zusätzliche Komponenten, den dafür erforderlichen Montageaufwand, das notwendige Wärmemanagement sowie Effizienzverlust der Lichtausbeute erhebliche Kosten. Die OLED dagegen ist à priori eine Flächenlichtquelle. Für die OLED ist das Wärmemanagement eine deutlich geringere Problematik, da die Wärme über eine große Fläche durch Konvektion abgeführt wird. Momentan sind trotz dieser Mehraufwände noch Kostenvorteile für die LED-Flächenleuchte vorhanden. Allerdings wird eine Verbesserung der Fertigung (Taktzeit, Ausbeute) der bare level OLEDs die derzeit noch hohen Preise erheblich reduzieren. Unabhängig davon sind die Bauhöhen im 1-mm-Bereich, die flexible Bauform und die Transparenz mit LED-Flächenleuchten nicht erreichbar.

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