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F&E Tools

Organische Leuchtdioden sind eine zukunftsweisende Technologie im Bereich Displays und Beleuchtung. Zur weiteren Effizienzsteigerung werden Lichtmanagement-Schichten (LMS) in den OLEDs eingebaut, und für die Auslegung dieser LMS kommen Software Tools zum Einsatz. In diesem Projekt wurde die Software der Firma Fluxim weiterentwickelt, und sie ist nun in der Lage, gewisse Typen solcher Schichten zu simulieren. Dadurch lassen sich die optimalen Prozessparameter für die Herstellung der LMS ohne langwieriges experimentieren vorhersagen.

In einer OLED wird Licht in einer Schicht mit hohem Brechungsindex erzeugt und in alle Richtungen ausgestrahlt. Beim Übertritt des Lichtes vom Glas-Substrat - das als Träger für die OLEDs fungiert - wird ein Teil des flach abgestrahlten Lichtes durch Totalreflexion an der Glasoberfläche reflektiert und bleibt dadurch im Glas gefangen.  Es trägt also nicht zur Lichterzeugung bei. In Zusammenarbeit mit Glas Trösch und Fluxim wurden am ICP Modelle und Verfahren entwickelt, um die Effizienzsteigerung zu simulieren die mit Hilfe von Lichtmanagement-Schichten (LMS) erreicht werden können.

Eine OLED besteht aus mehreren Schichten von (Halb-)leitern auf Kohlenstoffbasis. Diese Schichtabfolge muss optimiert werden um effiziente OLEDs zu erlangen. Will man noch zusätzlich Lichtmanagement Schichten einsetzen, ist es vorteilhaft, die Parameter der LMS gleichzeitig mit den Parametern der OLED zu optimieren, da sich OLED und LMS gegenseitig beeinflussen. Abbildung 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine OLED mit den Lichtmanagement-Schichten LM1 und LM2. Diese können an der Aussen-  und/oder an der Innenseite des Glassubstrates angebracht werden, und bestehen z.B. aus Schichten mit Streupartikeln oder aus mikrotexturierten Oberflächen.

Das Bild zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine OLED sowie zwei Arten der Streuung: einmal durch eine raue Oberfläche, einmal durch Streupartikel
Schematischer Querschnitt durch eine OLED mit Lichtmanagement-Schichten LM1 und LM2. Die LM-Schichten können aus einer mikrotexturierten Oberfläche oder aus Streupartikel bestehen.

Die am ICP entwickelten Methoden und Verfahren wurden in die Simulationssoftware (Setfos) der Firma Fluxim integriert. Damit lässt sich nun der gesamte Schichtaufbau, bestehend aus den einzelnen OLED-Schichten sowie der Lichtmanagement-Schicht(en), simulieren und optimieren. Dies erleichtert die Suche nach den idealen Prozessparametern zur Herstellung der LM-Schichten da nicht alle möglichen LMS hergestellt und evaluiert werden müssen.

Erst durch diesen vereinfachten Ablauf wurde es praktikabel, die Auswirkungen aller möglichen Kombinationen der zu Verfügung stehenden LMS für eine vorgegebene OLED zu berechnen. Abbildung 2 zeigt ein exemplarisches Simulationsresultat das verdeutlicht, wie sich die ausgekoppelte Lichtleistung mit zunehmender Trübung der LMS steigern lässt. Anhand solcher Berechnungen konnte die vorteilhafteste LMS identifiziert  werden. Diese optimierte LMS Schicht wurde von Glas Trösch hergestellt, und derzeit wird deren Einsatz in OLEDs geprüft. Erste Versuche im hauseigenen Labor belegten eine Effizienzsteigerung in OLEDs.
Im Rahmen dieses Projekts wurden am ICP auch die Infrastruktur zur Vermessung von winkelabhängigen Lichtstreueigenschaften von Lichtmanagementschichten, sowie die quantitative Lichtauskopplung von OLEDs erweitert.

Das Bild zeigt einen Graph der emittierten Leistung versus Trübung mit und ohne Streuung
Ausgekoppelte Lichtleistung mit zunehmender Trübung der LMS. Dieses Simulationsresultat zeigt die mögliche Effizienzsteigerung durch den Einsatz einer Lichtmanagement-Schicht.