Weißlicht mit einstellbarer Farbtemperatur auf Basis gestapelter und separat ansteuerbarer OLEDs (PDF)

In einer organischen Leuchtdiode (OLED) erfolgt die Weißlichterzeugung durch Überlagerung der Emissionsspektren verschiedener organischer Emittermaterialien. Dazu sind mindestens zwei Komplementärfarben erforderlich. Ein solches Zweifarb-Weiß weist einen geringen Farbwiedergabeindex (engl. color rendering index, CRI) von <70 auf. Durch die Verwendung von mehreren Farben kann jedoch theoretisch ein CRI von >90 erreicht werden. Diese sehr gute Farbwiedergabe sowie die flächige Lichtemission macht die OLED-Technologie sowohl für die Raumbeleuchtung, als auch für spezielle Beleuchtungszwecke, wie beispielsweise medizinische Untersuchungsleuchten attraktiv. In diesem Anwendungsfeld wird zusätzlich eine einstellbare Farbtemperatur entlang der Planck-Kurve während des Betriebs der Leuchte gefordert. Die aktuell verfügbaren OLED-Lichtquellen bieten diese Möglichkeit jedoch zur Zeit noch nicht.
In der vorliegenden Arbeit wird daher ein Konzept zur Realisierung farbabstimmbarer Weißlicht-OLEDs für Raumbeleuchtung und medizinische Beleuchtungszwecke vorgestellt. Durch vertikales Stapeln zweier OLED-Strukturen mit einer kontaktierbaren Zwischenschicht (Mitten-Elektrode) wird eine separate Ansteuerung der einzelnen OLEDs und somit die Variation der Intensität spezifischer spektraler Anteile im Gesamtspektrum ermöglicht. Für eine tangentiale Annäherung an die Planck-Kurve sind die zwei Komplementärfarben orange und blau erforderlich. Es werden daher zunächst OLED-Strukturen auf Basis von phosphoreszenten roten und gelben Emittermaterialien sowie deren Kombination zu einer hocheffizienten orange emittierenden OLED gezeigt. Des Weiteren wird eine effiziente blau emittierende OLED auf Basis eines fluoreszenten Emittermaterials vorgestellt.
Eine besondere Bedeutung bei der Realisierung einer gestapelten, farbabstimmbaren Weißlicht-OLED entfällt auf die Mitten-Elektrode. Diese muss nicht nur transparent und leitfähig sein, zugleich muss eine zerstörungsfreie Deposition des Elektrodenmaterials auf den organischen Schichten gewährleistet sein. Daher werden dünne (semi)transparente Aluminium- und Silberfilme sowie transparente Indium-Zinn-Oxid (ITO)- und Zink-Zinn-Oxid (ZTO)-Filme detailliert bezüglich ihrer optischen, elektrischen und strukturellen Eigenschaften untersucht. Des Weiteren wird im Rahmen dieser Untersuchungen eine hochleitfähige und transparente Mehrschicht-Elektrode auf der Basis von ZTO/Ag/ZTO (ZAZ) entwickelt. Anhand einer top-emittierenden OLED mit einer bifunktionalen Auskopplungsschicht wird eine dünne Aluminiumschicht als effiziente Top-Elektrode präsentiert. Eine effiziente transparente OLED wird durch die Verwendung der ZAZ-Elektrode realisiert. Auf Grundlage der erlangten Erkenntnisse werden schließlich gestapelte farbabstimmbare Weißlicht-OLEDs gezeigt, die einen hohen CRI von 86 aufweisen und deren Farbtemperatur entlang der Planck-Kurve von 4000 K bis 5000 K stufenlos einstellbar ist. Die aktive Fläche dieser Bauelemente von 1 cm² wird abschließend auf eine Größe von 11 cm² skaliert.