Lichttechnische und elektrooptische Optimierung organischer Leuchtdioden

Hagemann, Malte

This PhD thesis describes the electro-optical optimization of solution based organiclight emitting diodes (OLED) in respect to illuminating engineering aspects. Thebasic principles of light propagation starting inside the OLED layer system throughthe primary- and secondary optics to the working plane are delineated. For theevaluation of the different mathematical light propagation models the correspondingsoftware tools are presented. Taking into account the criteria for advanced illuminationthe OLED layer system, the busbar structures for polymer anodes and finallythe out-coupling as well as the ray-shaping optics are designed and optimized. Toachieve an excellent optimization the simultaneous simulation of the optical effects(absorbance and interference) and the electrical effects (ohmic losses inside theanode) have to be executed. Modifying the thickness of layers the luminance of theOLED samples could be increased by a factor of 1.23. An appropriate busbar layoutfor polymer anodes could increase the luminance flux by a factor of 3 compared tounstructured OLEDs. Applying a diffuse primary optic an increase of the luminancecan be achieved by a factor of 1.2.New areas of applications for advanced illumination could be realized with theresults of this thesis by engineering special ray-shaping optics and an innovativepower supply unit for solution based organic light emitting diodes.

Diese Arbeit behandelt die lichttechnische sowie elektrooptische Optimierung von organischen Leuchtdioden (OLED) auf Basis löslicher Polymere. Hierfür wird zunächst die Lichtpropagation ausgehend von dem OLED Schichtsystem über die Auskoppeloptik und Strahlformungsoptik bis hin zur anwendungsbezogenen Nutzebene unterteilt. Für jeden Abschnitt erfolgt eine Beschreibung eines effektiven physikalischen Modells zur Berechnung der Lichtausbreitung und die dafür verwendete Softwarelösung. Unter Berücksichtigung der Merkmale für eine hochwertige Beleuchtung erfolgt eine Optimierung der Schichtdickenkonfiguration, Strukturierung der Polymeranode und Design von Primär- sowie Sekundäroptiken. Mit entscheidend für eine gute Optimierung ist die simultane Berücksichtigung der elektrischen Effekte (ohmsche Verluste in der Anode) sowie optischen Effekte (Absorption und Interferenz im Schichtsystem). Durch Anpassungen der Schichtdicken ist es möglich die Leuchtdichte des OLED Musters um den Faktor 1,23 zu erhöhen. Eine geeignete Strukturierung der Polymeranode mit metallischen Leiterbahnen führt zu Bauteilen,welche einen um Faktor 3 größeren Lichtstrom im Verhältnis zu den nicht strukturierten Bauteilen aufweisen. Mittels diffuser Primäroptik kann die Leuchtdichte der OLED um den Faktor 1,2 weiter gesteigert werden. Durch die in dieser Arbeit entwickelten anwendungsspezifischen Sekundäroptiken sowie einem innovativen OLED Treiber konnten erste Anwendungsfelder im Bereich der Beleuchtungstechnik mit organischen Leuchtdioden auf Basis löslicher Polymere realisiert werden.

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Hagemann, Malte: Lichttechnische und elektrooptische Optimierung organischer Leuchtdioden. 2012.

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