DE102004057379B3

DE102004057379B3 - Temperaturstabilisiertes organisches Leuchtelement

Info

Publication number: DE102004057379B3
Application number: DE102004057379A
Authority: DE
Inventors: Anton Volker Heinrich; Thomas Frank; Clemens Dr. Ottermann
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2024-11-27

Abstract

Um temperaturbedingte Intensitätsschwankungen zu kompensieren, wird erfindungsgemäß ein organisches Leuchtelement mit zumindest einer organischen elektrolumineszenten Schicht und zwei Elektrodenschichten vorgeschlagen, bei welchem der in Stromflußrichtung mit der organischen elektrolumineszenten Schicht in Reihe geschaltete ohmsche Gesamtwiderstand so bemessen ist, daß das organische Leuchtelement bei zumindest zwei verschiedenen Temperaturen und nach zumindest der halben spezifizierten Lebenserwartung für den jeweiligen Anwendungsbereich oder nach wenigstens 100 Betriebsstunden Betrieb bei gleicher Spannung jeweils gleiche Helligkeit aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein organische Leuchtelemente, insbesondere eine Kompensation von temperaturabhängigen Intensitätsveränderungen derartiger Elemente.

Organische Leuchtdioden (OLED) basieren auf der elektro- optischen Wandlung von Strömen in organischen Halbleiter-Materialien. Allgemein weisen Halbleiter eine starke Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit auf, wobei sich typischerweise die Leitfähigkeit eines Halbleiters bei steigender Temperatur ansteigt, da Elektronen thermisch angeregt werden und in das Leitungsband gelangen. Dieser Effekt läßt sich ebenso auch bei organischen Halbleitern, wie auch bei den für OLEDs verwendeten organischen halbleitenden Schichten beobachten. Zusätzlich hat sich gezeigt, daß nicht nur die Leitfähigkeit veränderlich ist, sondern auch die Quanteneffizienz bei der elektro-optischen Wandlung. Beide Effekte zusammengenommen führen insgesamt zu einer starken temperaturabhängigen Intensität einer OLED. Es gibt jedoch Anwendungen, bei welchen dieser Effekt sehr störend sein kann. Als Beispiel sei hier der Automobilbereich genannt. Hier wird vielfach gefordert, daß die Helligkeit der eingesetzten Leuchtmittel nicht oder nur wenig temperaturabhängig ist. Typischerweise werden aber gerade Fahrzeuge bei sehr unterschiedlichen Temperaturen, von strengem Frost bis hin zu Temperaturen deutlich über 60 °C eingesetzt und müssen bei diesen Bedingungen zuverlässig arbeiten. Will man organische Leuchtdioden hier einsetzen, ist daher eine zumindest annähernd temperaturunabhängige Leuchtstärke wünschenswert.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze zur Kompensation von Temperatureffekten bei OLEDs bekannt. In der JP 01-260796 A1 wird vorgeschlagen, eine strombegrenzende Schicht in die OLED zu integrieren, mit welcher eine Zerstörung der OLED durch einen schnellen Stromanstieg, welcher durch einen Temperaturanstieg ausgelöst wird, verhindert werden soll. Als strombegrenzende Schicht wird eine Mischung aus zwei anorganischen, pulverisierten Metalloxiden vorgeschlagen. Diese Schicht mag zwar als Strombegrenzung geeignet sein, allerdings wird damit keine gleichbleibende Intensität bei steigender Temperatur erzielt.

In der JP 2001-118676 A1 wird eine OLED offenbart, welche einen Meßwiderstand in Form einer Aluminium-Schicht aufweist, wobei diese Schicht gleichzeitig mit der Aluminium-Rückseitenelektrode aufgebracht wird. Allerdings erfordert eine Kompensation der temperaturabhängigen Helligkeitsschwankungen noch eine zusätzliche Regeleinrichtung, um den Strom in Abhängigkeit von dem Widerstand der Aluminiumschicht, beziehungsweise der Temperatur dieser Schicht zu regeln.

In der US 2003/0048243 A1 wird eine Temperaturkompensation für ein OLED-Display vorgeschlagen, wobei die Temperatur durch Sensoren erfaßt und die Lichtintensität in Abhängigkeit der Temperaturmeßwerte geregelt wird. Die Regelung erfolgt Software-gestützt. Auch hier ist dementsprechend eine zusätzliche Regelungseinrichtung notwendig, was einen aufwendigen Aufbau mit sich bringt.

Auch bei dem in der US 2009/0061670 A1 offenbarten OLED-Display werden Temperatursensoren und Kompensationsschaltkreise verwendet, wobei sogar zwei Kompensationsschaltungen vorgesehen sind, um Temperatureffekte zu kompensieren.

In US 5,157,468 B1 wird ebenfalls eine OLED mit einer Kompensation der temperaturabhängigen Helligkeit vorgeschlagen, wobei die OLED ein Bragg-Reflektor mit temperaturabhängiger Reflexionscharakteristik aufweist, welche die Intensitätsfluktuationen der lichtemittierenden Schicht ausgleicht. Obwohl diese Temperaturkompensation ohne zusätzliche Schaltungen oder andere Regelungseinrichtungen auskommt, muß andererseits aber wiederum ein aufwendiger, vielschichtiger Bragg-Reflektor mit anorganischen Halbleiterschichten hergestellt werden.

In der US 6,396,864 B1 wird ferner vorgeschlagen, temperaturbedingte Schädigungen bei lichtemittierenden Einrichtungen, wie Halbleiter-Laserdioden oder Polymerbasierten lichtemittierenden Einrichtungen durch wärmeleitende Schichten zu verhindern. Damit kann jedoch allenfalls die Temperatur der lichtemittierenden Schicht an die Umgebungstemperatur angeglichen werden. Ein von der Umgebungstemperatur unabhängiger Betrieb ist auf diese Weise jedoch nicht möglich.

Insgesamt sind die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zur Temperaturkompensation durch zusätzliche Schaltungen und Sensoren sehr aufwendig.

Es ist weiterhin bekannt, eine Temperaturkompensation bei anorganischen Leuchtdioden durch Vorwiderstände zu erreichen. Derartige Anordnungen sind aus der US 5,013,971 , der JP 63-236378 A und der JP 58-182562 A bekannt. Allerdings weisen anorganische Leuchtdioden über eine längere Betriebsdauer eine im wesentlichen konstante Charakteristik auf. Demgegenüber zeigen organische Leuchtdioden zusätzlich zu einer starken Temperaturabhängigkeit auch noch eine deutliche Abhängigkeit der Lichtausbeute von der Betriebsdauer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Mittel bereitzustellen, mit welchen die Helligkeit einer OLED in einfacher Weise von der Temperatur und der Betriebsdauer unabhängig gemacht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein organisches Leuchtelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach wird erfindungsgemäß ein organisches Leuchtelement mit zumindest einer organischen elektrolumineszenten Schicht und zwei Elektrodenschichten vorgeschlagen, bei welchem der in Stromflußrichtung mit der organischen elektrolumineszenten Schicht in Reihe geschaltete ohmsche Gesamtwiderstand so bemessen ist, daß das organische Leuchtelement bei zumindest zwei verschiedenen Temperaturen und Betrieb bei gleicher Spannung jeweils gleiche Helligkeit aufweist.

Im Unterschied zu bekannten Lösungen mit Temperaturerfassung und einer aktiven Regelung wird erfindungsgemäß demgegenüber eine über einen Temperaturbereich zumindest näherungsweise gleichbleibende Leuchtintensität in äußerst einfacher Weise durch Auswahl eines geeigneten Gesamtwiderstands des Elements erzielt. Unter einem Leuchtelement wird hier im Sinne der Erfindung nicht notwendigerweise lediglich ein Substrat mit darauf aufgebrachten Funktionalschichten -insbesondere die elektrolumineszente Schicht und die Elektrodenschichtenverstanden. Vielmehr können auch noch weitere Teile, wie etwa ein Gehäuse oder Anschlußeinrichtungen vorgesehen sein. Insbesondere kann ein geeigneter ohmscher Gesamtwiderstand des Leuchtelements auch mittels eines separaten Vor-, beziehungsweise Zusatzwiderstands erzielt werden, der demgemäß im Sinne der Erfindung einen Bestandteil des Leuchtelements darstellt. Dieser kann dann mit den Elektrodenschichten und der organischen elektrolumineszenten Schicht in Reihe geschaltet werden, um erfindungsgemäß die temperaturabhängige, nicht konstante Strom-Intensitäts-Kennlinie bei konstanter Betriebsspannung zumindest teilweise zu kompensieren. Als mit der organischen elektrolumineszenten Schicht in Reihe geschalteter Gesamtwiderstand wird der Widerstand der übrigen Bestandteile des Leuchtelements entlang des Stromweges verstanden. Insbesondere wird unter einem Zusatzwiderstand im Sinne der Erfindung nicht notwendigerweise ein Einzelwiderstand verstanden. Vielmehr kann der Zusatzwiderstand, gemäß im weiteren beschriebener verschiedener Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung im Sinne der Erfindung auch mehrere Widerstände in Reihen- und/oder Parallelschaltung, allgemein in Form eines Widerstandsnetzes umfassen.

Um die mit einer erfindungsgemäßen Anordnung erzielte verbesserte Temperatur-Intensitäts-Kennlinie noch besser auszugleichen, können weitere Korrekturelemente vorgesehen werden. So kann auch ein zusätzlicher, parallel mit der organischen elektrolumineszenten Schicht geschalteter Zusatzwiderstand vorgesehen werden.

Überraschend wird nicht nur bei den beiden bestimmten Temperaturen eine gleichbleibende Helligkeit erzielt, auch zwischen diesen Temperaturen, sowie auch ober- und unterhalb dieser Temperaturwerte wird eine nahezu temperaturunabhängige Helligkeit, selbst bei Verwendung eines rein passiven ohmschen Widerstands erreicht.

Dieser Widerstand kann so bemessen sein, daß das organische Leuchtelement bei zumindest zwei verschiedenen Temperaturen und Betrieb mit einer Konstantspannungsquelle jeweils gleiche Helligkeit aufweist, wobei sich die verschiedenen Temperaturen um zumindest 20 °C, bevorzugt um zumindest 40 °C, besonders bevorzugt um zumindest 70 °C unterscheiden. Auch außerhalb des Temperaturbereichs zwischen diesen Temperaturen kann ein erfindungsgemäßes organisches Leuchtelement jedoch noch eine hinreichend geringe Temperaturabhängigkeit der Lichtintensität bei konstanter Betriebsspannung aufweisen, um den jeweils gesetzten Anforderungen zu genügen. Die beiden Temperaturen kennzeichnen demgemäß nicht zwangsläufig den kompensierten Temperaturbereich, sondern kennzeichnen vielmehr zwei Temperaturen, für die bei gleicher Spannung gleiche Lichtintensitäten erzielt werden.

Der in Reihe mit der organischen elektrolumineszenten Schicht vorhandene Gesamtwiderstand des Leuchtelements kann gemäß noch einer Weiterbildung insbesondere auch so bemessen sein, daß das Leuchtelement im weiten Temperaturbereich von –40 °C bis +80 °C eine relative Variation der Intensität von weniger als ±30%, bevorzugt sogar von unter ±20% aufweist. Diese Helligkeitsvariationen sind aufgrund der logarithmischen Empfindlichkeit des Auges mit bloßem Auge ohne Zuhilfenahme von Meßinstrumenten kaum noch oder gar nicht mehr festzustellen.

Um diesen erforderlichen Gesamtwiderstand zu erreichen kann insbesondere ein mit der organischen elektrolumineszenten Schicht in Reihe geschaltetes Widerstandselement mit eine Widerstand R der Größe R = (IT1 – IT2)–1·[(ROLED,T2·IT2)–(ROLED, T1 IT1)] (1)vorgesehen werden, wobei I_T1, I_T2 die Ströme durch das Leuchtelement ohne das Widerstandselement bei Temperaturen T1 und T2 und R_{OLED, T1},R_OLED, _T2 die Widerstände des Leuchtelements ohne das Widerstandselement sind, und wobei die Ströme I_T1' I_T2 und Widerstände R_OLED, _T1, R_OLED, _T2 jeweils bei angelegten Spannungen gemessen sind, für die bei den Temperaturen T1, T2 das Leuchtelement gleiche Helligkeit aufweist.

Dieses Widerstandselement kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung insbesondere einen bereits erwähnten Zusatzwiderstand umfassen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt dieses Widerstandselement eine der Elektrodenschichten. Es bietet sich hier auch an, diese Elektrodenschicht zumindest teilweise transparent zu gestalten. Die Leitfähigkeit transparenter Schichten ist im allgemeinen vergleichsweise schlecht, wobei üblicherweise Indium-Zinn-Oxid (ITO) als transparente leitfähige Elektrodenschicht von organischen Leuchtelementen verwendet wird, da unter den in Frage kommenden Materialien ITO einen der geringsten ohmschen Widerstände aufweist. Erfindungsgemäß ist es aber gerade wünschenswert, ein Element mit hohem Widerstand vorzusehen. Es bietet sich erfindungsgemäß daher auch an, andere Materialien als das teure ITO für die transparente Elektrodenschicht zu verwenden. So kann auch eine dünne, Metallschicht als Elektrodenschicht verwendet werden, die unter Umständen ein sehr viel höheren Widerstand aufweist und daher üblicherweise gar nicht als mögliches Elektrodenmaterial in Betracht gezogen würde.

Auch kann das Leuchtelement ein Widerstandselement umfassen, welches zumindest eine auf dem Substrat aufgebrachte Widerstandsschicht umfaßt. Diese Schicht braucht nicht notwendigerweise transparent oder teiltransparent zu sein. Dementsprechend kann hierfür auch eine opaque Schicht, z.B. Metall, Kohlenstoff oder Silizium vorgesehen werden. Die Verwendung ein Elektrodenmaterials hierfür ist vorteilhaft, da dadurch eventuell zusätzliche Beschichtungsschritte eingespart werden können.

Weiterhin kann auch eine demgemäß gleichzeitig als Widerstandsschicht ausgebildete Elektrodenschicht auch mit einem Zusatzwiderstand kombiniert werden, um den für die Kompensation gewünschten Gesamtwiderstand zu erreichen.

Es ist als Weiterbildung der Erfindung auch daran gedacht, variable Widerstände als Widerstandselemente zu verwenden. Ein derartiger Zusatzwiderstand kann insbesondere Bestandteil eines in Reihe mit der organischen elektrolumineszenten Schicht geschalteten Widerstandselements sein. Eine verbesserte Abstimmung zusätzlich zu der mit dem angepaßten ohmschen Gesamtwiderstand erreichten Korrektur der Temperaturabhängigkeit kann aber auch mit einem parallel zur organischen elektrolumineszenten Schicht geschalteten variablen Widerstand erzielt werden. Generell können Schaltnetze aus Reihen- und Serienschaltungen von Fest- und variablen Widerständen (NTC, PTC, LDR oder Varistoren) parallel und/oder in Reihe zum OLED-Bauteil, insbesondere dabei zur organischen elektrolumineszenten Schicht vorgesehen werden, deren Wirkung und Auslegung für einen Fachmann ersichtlich ist.

Die Korrektur selbst mit einem nicht variablen, einfachen Festwiderstand, wie beispielsweise einem als Festwiderstand ausgebildeten Zusatzwiderstand ist bereits sehr gut, so daß im allgemeinen nur noch eine geringfügige Korrektur mit einem variablen Widerstand vorgenommen werden kann, um die Temperaturabhängigkeit weiter abzuschwächen oder sogar zu eliminieren. Es ist daher gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Ausführungsformen mit variablem Widerstand vorgesehen, daß der Zusatzwiderstand eine Reihen- oder Parallelschaltung eines variablen Widerstands mit einem Festwiderstand umfaßt. Insbesondere kann der Zusatzwiderstand dabei vorteilhaft den Gesamtwiderstand eines Widerstandsnetzwerks einer Reihen- und/oder Parallelschaltung mindestens eines variablen Widerstands mit mindestens einem Festwiderstand umfassen. Allgemein können sowohl variable, als auch feste Widerstände, sowie Widerstandsnetze mit solchen Widerständen in Form dünner Widerstandsschichten auf dem Substrat aufgebracht werden.

Wird ein variabler Widerstand verwendet, so ergibt sich als Betriebsspannung für eine optimale Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Intensität: U = RT1·IT1 + ROLED, T1·IT1 = RT2·IT2 + ROLED, T2 IT2, (2)wobei R_T1 und R_T2 der temperaturabhängige ohmsche Widerstand des Zusatzwiderstandes, insbesondere eines Widerstandsnetzes aus der Reihe und/oder Parallelschaltung von mindestens einem ohmschen Festwiderstand und mindestens einem variablen Widerstands bei den Temperaturen T1, beziehungsweise T2 und R_OLED, _T1, R_OLED, _T2 die Widerstände des Leuchtelements ohne das Widerstandselements sind.

Ein Beispiel für einen variablen Widerstand ist ein temperaturabhängiger Widerstand, insbesondere einen NTC-Widerstand oder PTC-Widerstand. Diese können mit ihrer Kennlinie und ihrer Verschaltung, vorzugsweise in Verbindung mit einem weiteren Widerstand dann so ausgewählt werden, daß die Temperaturabhängigkeit der Intensität des Leuchtelements noch besser kompensiert wird. Auch diese Widerstände oder Widerstandsnetze mit solchen Widerständen können vorteilhaft als Schichtstruktur mit auf das Substrat aufgebracht werden.

Überdies kann auch ein sich selbst anhand der Lichtemission des Leuchtelements steuernder Zusatzwiderstand eingesetzt werden. Demgemäß ist gemäß noch einer Weiterbildung ein Zusatzwiderstand vorgesehen, welcher einen Photowiderstand umfaßt. Der Photowiderstand kann vorteilhaft mit dem Substrat verbunden sein, um mit Teilen des emittierten Lichts gesteuert zu werden. Dieser kann beispielsweise an der Kante eines transparenten Substrats des Leuchtelements, auf welchem die organische elektrolumineszente Schicht und die zwei Elektrodenschichten aufgebracht sind, angeordnet sein. Dann kann das an der Kante austretende Licht des Leuchtelements, welches im allgemeinen nicht genutzt werden kann, für die Regelung des Widerstands eingesetzt werden.

Eine besonders platzsparende Anordnung mit Zusatzwiderstand kann weiterhin vorteilhaft erreicht werden, wenn der Zusatzwiderstand eine Schicht auf dem Substrat für die funktionellen Schichten des Leuchtelements umfaßt.

Die erfindungsgemäße Lösung mit einem angepaßten ohmschen Gesamtwiderstand ergibt im allgemeinen eine von der Betriebsspannung abhängige Kompensation. Wird ein Widerstandselement mit einem ohmschen Widerstand gemäß obiger Beziehung (1) eingesetzt, so wird die beste Kompensation bei einer Betriebsspannung U = R·IT1 + ROLED, T1·IT1 = R·IT2 + ROLED, T2 ·IT2 (3)erreicht. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist daher vorgesehen, das Leuchtelement für diese Betriebsspannung einzurichten. Dies kann unter anderem das Vorsehen eines entsprechenden, für diese Betriebsspannung genormten Steckverbinders oder eingeprägte oder aufgedruckte technische Daten unter Angabe dieser Betriebsspannung umfassen. Auch kann das Leuchtelement bereits die Konstantspannungsquelle zur Bereitstellung der Betriebsspannung U umfassen. Noch eine weitere Möglichkeit, eine Einrichtung zur Bereitstellung einer vorgegebenen Betriebsspannung vorzusehen, ist, Halbleiter-Bauelemente oder Halbleiter-Schaltungen zur Bereitstellung einer konstanten und/oder stabilisierten Spannung als Bestandteil des organischen Leuchtelements einzusetzen. Ein Beispiel dafür ist eine Zener-Diode, insbesondere mit Schutzwiderstand zur Strombegrenzung oder ein Spannungsregler.

Zur Einstellung der Leuchtdichte von OLED-Bauteilen kann mit Hilfe eines Potentiometers die Betriebsspannung variiert werden. Für unterschiedliche Helligkeiten können jedoch zur optimalen Temperaturkompensation ebenfalls unterschiedliche Vorwiderstände notwendig sein. Im einfachsten Fall können für ein vorgegebenen Helligkeitsintervall die für eine optimale Kompensation unterschiedlich hohen Vorwiderstände durch einen fest gewählten Widerstandwert situativ approximiert werden, z.B. durch den mittleren Widerstandwert des Intervalls oder den Widerstand für die bevorzugte Helligkeitseinstellung. Dies bedeutet, daß die Temperaturabhängigkeit dieser Einstellung optimal kompensiert und für die restliche Einstellung wenigstens teilkompensiert ist.

Wie bereits ausgeführt, kann eine weiter verbesserte Kompensation durch Verwendung eines variablen Widerstandselements, wie etwa einem variablen Zusatzwiderstand erreicht werden. Um insbesondere für verschiedene Betriebsspannungen einen angepaßten Zusatzwiderstand zu erhalten, kann dieser gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung auch einen Varistor umfassen. Der Zusatzwiderstand kann dann so gewählt werden, daß die oben angegebenen Beziehungen (1) und (3) für mehrere Betriebsspannungen oder sogar einen Betriebsspannungsbereich und zwei gewählte unterschiedliche Temperaturen T1, T2 erfüllt werden.

Ebenso kann auch mit einem einstellbaren Widerstand als Bestandteil eines Zusatzwiderstands ein organisches Leuchtelement auf verschiedene Betriebsspannungen optimiert werden. Insbesondere ist diesbezüglich auch an die Verwendung von Potentiometern, diesbezüglich sowohl von Einzel- als auch Tandempotentiometern gedacht. Mit einem Tandempotentiometer kann beispielsweise gleichzeitig der Widerstand und die Betriebsspannung eingestellt werden.

Es wurde gefunden, daß die Widerstandwerte des Zusatzwiderstands für eine optimale Kompensation mit den Betriebsspannungen und damit den vorgegebenen Potentiometerwerten fest korreliert sind. Diese Korrelation kann dann über ein Tanelempotentiometer, bei dem neben der Betriebsspannungsvorgabe auch gleichzeitig der ohmsche Widerstand des Zusatzwiderstands mit einem der beiden Potentiomenter des Tandempotentiometers über den gleichen Einstellvorgang eingestellt werden kann.

Es zeigt sich außerdem, daß die temperaturabhängigen Schwankungen mit zunehmendem Betriebsstrom abnehmen. Um diesen Effekt auszunutzen, besteht außerdem noch die Möglichkeit, das Leuchtelement mit einer gepulsten Versorgung zu betreiben. Damit ist es möglich, das Leuchtelement auch bei vergleichsweise hohen Strömen zu betreiben, ohne das Leuchtelement mit einem dauerhaften hohen Stromfluß zu schädigen. Gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, das Leuchtelement mit einer gepulsten Versorgung mit variablem Tastverhältnis zu betreiben. Das Tastverhältnis kann beispielsweise über die Pulsbreite und/oder die Pulspausen eingestellt und/oder geregelt werden. Auf diese Weise ist es möglich, das Leuchtelement mit konstanter Betriebsspannung zu versorgen, um eine Kompensation von Temperatureffekten zu erreichen und dennoch die Helligkeit des Leuchtelements durch Variation des Tastverhältnisses einstellen zu können. Die Spannungsamplitude dieser gepulsten Versorgung muß so gewählt werde, daß zumindest im ungepulsten Betrieb die maximal erwünschte Helligkeit erzielt wird.

Wird -beispielsweise wie vorstehend beschrieben mittels einer gepulsten Versorgung- das organische Leuchtelement mit höherem Strom betrieben, kann die temperaturabhängige Variation der Intensität des Leuchtelements sogar noch weiter reduziert werden. So hat es sich überraschend gezeigt, daß die relative Intensitätsänderung im Bereich zwischen –40 °C und +80 °C bei hoher Stromdichte in der organischen elektrolumineszenten Schicht sogar deutlich unter ±15s liegt.

Gemäß der Erfindung werden auch alterungsbedingte Veränderungen der Kennlinie berücksichtigt. Durch den Betrieb des Leuchtelements kann sich die Intensitäts- und Widerstandscharakteristik der Funktionalschichten des Leuchtelements verändern. Dem wird begegnet, indem der in Stromflußrichtung mit der organischen elektrolumineszenten Schicht in Reihe geschaltete ohmsche Gesamtwiderstand so bemessen ist, daß das organische Leuchtelement bei zumindest zwei verschiedenen Temperaturen und Betrieb nach zumindest 100 Betriebsstunden, bevorzugt zumindest 1000 Betriebsstunden bei gleicher Spannung jeweils gleiche Helligkeit aufweist. Beispielsweise kann dazu ein fester Zusatzwiderstand verwendet werden, welcher nicht auf die Widerstandscharakteristik einer neu hergestellten, sondern vielmehr erst auf die nach dieser Betriebsdauer vorhandene Widerstandscharakteristik optimiert ist. Auch kann beispielsweise ein Zusatzwiderstand vorgesehen werden, welcher ebenfalls seinen Widerstand im Laufe des Betriebs des Leuchtelements ändert, so daß dessen Widerstand optimal angepaßt bleibt. Auch ist es möglich, den Widerstand mittels eines variablen Zusatzwiderstands, beispielsweise durch Nachregelung eines Potentiometers auf die geänderten Bedingungen anzupassen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Widerstand so bemessen, daß das organische Leuchtelement bei zumindest zwei verschiedenen Temperaturen und Betrieb nach zumindest der halben spezifizierten Lebenserwartung für den jeweiligen Anwendungsbereich jeweils gleiche Helligkeit aufweist. Diese Ausführungsform ist beispielsweise dann vorteilhafter, wenn sich die Widerstandscharakteristik während der gesamten Lebensdauer ändert. Nähert sich die Widerstandscharakteristik nach einer gewissen Betriebsdauer asymptotisch stabilen Werten an, kann es demgegenüber sinnvoller sein, den Widerstand auf die Bedingungen nach 100, bevorzugt 500, besonders bevorzugt 1000 Betriebsstunden anzupassen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können. Es zeigen:
1A, 1B Kennlinien eines nicht kompensierten organischen Leuchtelements,
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen organischen Leuchtelements,
3A, 3B Kennlinien des Stroms durch ein unkompensiertes organisches Leuchtelement und des Widerstands des Leuchtelements als Funktion der Temperatur bei konstanter Lichtintensität,
4 Kennlinien der Intensität als Funktion der Temperatur eines unkompensierten organischen Leuchtelements (A) und des erfindungsgemäß mit einem Zusatzwiderstand versehenen Elements (B),
5A, 5B Intensitätsmeßwerte (mittlere Helligkeit 160 cd/m²) in Spannungseinheiten des Nachweissensors eines unkompensierten (A) und kompensierten (B) organischen Leuchtelements während der Bedingungen eines Klimatests,
5C Intensitätsmeßwerte (mittlere Helligkeit 1800 cd/m²) in Spannungseinheiten des Nachweissensors eines kompensierten organischen Leuchtelements während der Bedingungen eines Klimatests,
6 eine Ausführungsform mit einem zweiteiligen Zusatzwiderstand,
7–11 weitere Ausführungsformen mit mehreren Widerständen,
12 eine Ausführungsform mit Konstantspannungsquelle, und
13 ein Strom-Spannnungs-Diagramm für den Betrieb eines erfindungsgemäßen organischen Leuchtelements mit einer gepulsten Versorgung.
Die 1A und 1B zeigen die Abhängigkeit der Intensität des von einer OLED emittierten Lichts bei zwei verschiedenen Betriebsweisen. Die Intensität ist in den 1A und 1B, sowie den nachfolgenden Diagrammen jeweils nicht in absoluten Intensitätswerten, sondern in der Signalspannung eines zur Messung verwendeten Photoelements angegeben.
In 1A ist die Intensität als Funktion der Temperatur bei Betrieb mit konstanter Spannung von 3,78 V gezeigt. Da sich, wie für Halbleiter typisch, die Leitfähigkeit der halbleitenden organischen elektrolumineszenten Schicht der OLED bei steigender Temperatur stark erhöht, sinkt der Widerstand dieser Schicht und der Stromfluß und damit die emittierte Lichtintensität steigt bei konstanter Betriebsspannung stark an.
Auch bei einem Betrieb mit konstantem Strom zeigt sich aber überraschend eine starke Temperaturabhängigkeit der Intensität, wie die in 1B dargestellte Kennlinie bei konstantem Strom von 2 mA zeigt. Bei dieser Betriebsweise kommt es nicht zu einem Anstieg der Intensität bei steigender Temperatur, sondern vielmehr zu einer starken Abnahme. Dies liegt darin begründet, daß bei steigender Temperatur die Quanteneffizienz strahlender Übergänge im organischen elektrolumineszenten Material zugunsten konkurrierender Prozesse abnimmt.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten erfindungsgemäßen Leuchtelements, mit welchem die Temperaturabhängigkeit der Intensität bei Konstantspannungsbetrieb größtenteils kompensiert werden kann. Das Leuchtelement 1 umfaßt ein Substrat 3, auf welchem die Funktionalschichten 5 des Leuchtelements nach Art einer OLED aufgebracht sind. Diese Funktionalschichten 5 umfassen eine erste, auf dem Substrat 3 aufgebrachte Elektrodenschicht 51, eine organische elektrolumineszente Schicht 52 und eine zweite Elektrodenschicht 53. Zur Ausbildung der organische elektrolumineszierende Schicht 52 können sowohl lichtemittierende Polymere (LEP) mit hohen Molekulargewichten oder kleinere organische lichtemittierende Moleküle (small molecules), bzw. entsprechende, dem Fachmann bekannte, Abwandlungen und Dotierstoffe (z.B. Triplettemitter, Dendrimere) verwandt werden. Beim üblichen Aufbau einer OLED wirkt die direkt auf dem Substrat 3 aufgebrachte Elektrodenschicht 51 als Anode und wird aus einem transparenten, leitfähigen Material, wie insbesondere ITO gefertigt. Die weitere Elektrodenschicht 53 wirkt als Kathode, wobei typischerweise Metalle, wie Aluminium, Barium oder Calzium als Schichtmaterial eingesetzt werden. Bei einem derartigen Schichtaufbau mit einer transparenten Elektrodenschicht als unterste Schicht wird das erzeugte Licht durch das Substrat 3 hindurch ausgekoppelt. Auch der umgekehrte Schichtaufbau ist aber möglich, bei welchem die Elektrodenschicht 53 transparent ist.
Zusätzlich können noch weitere Funktionalschichten, wie etwa eine organische Lochleiterschicht und/oder eine Elektronenblockierschicht zwischen den Elektrodenschichten 51, 53 vorhanden sein. Die Wahl der Schichtmaterialien und die Schichtabfolge sind dem Fachmann bekannt.
Zusätzlich umfaßt das erfindungsgemäße organische Leuchtelement 1 ein Widerstandselement 7. Dies kann insbesondere als ein Zusatzwiderstand 8 ausgebildet sein, welcher beispielsweise, wie in 2 dargestellt, in Zuleitungen 9 in Stromflußrichtung in Reihe mit der organischen elektrolumineszenten Schicht 52 geschaltet ist.
Der ohmsche Widerstand des Widerstandselements 7 ist so ausgelegt, daß der in Stromflußrichtung zwischen den Anschlüssen 11 für die elektrische Versorgung mit der organischen elektrolumineszenten Schicht 52 in Reihe geschaltete ohmsche Gesamtwiderstand so bemessen ist, daß das organische Leuchtelement 1 bei zumindest zwei verschiedenen Temperaturen und Betrieb bei gleicher Spannung jeweils gleiche Helligkeit aufweist. Diese beiden Temperaturen können entsprechend der vorgesehenen Anwendung des Leuchtelements 1 ausgewählt und ein Widerstandselement 7 mit entsprechendem ohmschen Widerstand eingesetzt werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen organischen Leuchtelements 1 kann das Widerstandselement 7 auch durch die Elektrodenschicht 51 oder 53 gebildet werden. Zusätzlich kann das Widerstandselement 7 auch noch einen Zusatzwiderstand, entsprechend der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung umfassen. Ein derartiges zweiteiliges Widerstandselement 7 mit einer als Widerstandsschicht ausgebildeten Elektrodenschicht 51 und/oder 53 und einem Zusatzwiderstand 8 ist vorteilhaft, wenn sich der gewünschte Widerstand der Elektrodenschicht 51 und/oder 53 bei der Herstellung nicht genau reproduzieren oder vorhersagen läßt. In diesem Fall kann dann ein Zusatzwiderstand verwendet werden, mit welchen der optimale Gesamtwiderstand erreicht wird, bei welchem das organische Leuchtelement bei zumindest zwei verschiedenen Temperaturen und Betrieb bei gleicher Spannung jeweils gleiche Helligkeit aufweist.
Insbesondere kann als Widerstandselement auch die transparente Elektrodenschicht verwendet werden, durch welche das erzeugte Licht ausgekoppelt wird. Dabei kann dann auch ein anderes Material als das sonst übliche ITO oder Fluor-dotiertes Zinnoxid als Elektrodenmaterial für die als Anode wirkende Schicht verwendet werden. Beispielsweise kann die Elektrodenschicht 51 eine dünne transparente oder zumindest teilweise transparente metallisch Schicht sein. Je nach Konstruktion des Leuchtelements kann aber auch eine opaque Schicht als Widerstandsschicht verwendet werden.
Im folgenden wird dargestellt, wie ein Widerstandselement mit geeignetem ohmschen Widerstand und die optimale Betriebsspannung für ein erfindungsgemäßes organisches Leuchtelement 1 (z.B. für ein repräsentatives Referenzbauteil einer Herstellserie) bestimmt werden kann. Zunächst werden Kennlinien des Stroms I und des Widerstands ROLED des unkompensierten Leuchtelements, also des Leuchtelements ohne Widerstandselement 7 aufgenommen, wobei die Betriebsspannung bei den Meßpunkten jeweils so eingestellt wird, daß die Lichtintensität des Leuchtelements konstant ist. Die 3A und 3B zeigen dazu eine gemessene Kennlinie des Stroms durch das Leuchtelement (3A) und des daraus berechneten Widerstands des Leuchtelements ohne Widerstandselement 7 (3B) als Funktion der Temperatur bei konstanter Intensität von 160 cd/m². Bei diesem Beispiel wurde der Strom bei –20 °C, +25 °C und +70 °C gemessen. Damit sind nun die Ströme und Widerstände des Leuchtelements bei den Temperaturen T1= – 20 °C und T2=+70 °C bekannt. Das Leuchtelement kann nun anhand der Strom- und Widerstandswerte durch ein geeignetes Widerstandselement so temperaturkompensiert werden, daß das Leuchtelement bei den um 90 °C auseinanderliegenden Temperaturen T1 und T2 jeweils gleiche Intensität bei einer konstanten Betriebsspannung aufweist.
Das Widerstandselement 7 wird dabei so ausgewählt, daß gilt. R·IT1 + ROLED, T1·IT1 = U, und (4) R·IT2 + ROLED, T2·IT2 U. (5)
Dabei bezeichnen I_T1, I_T1 die Strommeßwerte bei T1 = –20 °C und T2 = + 70 °C und R_OLED, _T1' R_OLED, _T2 die daraus berechneten Widerstandswerte des Leuchtelements ohne das Widerstandselement.
Durch Umformen kann daraus die oben angegebene Beziehung (1) erhalten werden, aus welcher der Widerstand des Widerstandselements berechnet wird. Die optimale Betriebsspannung ergibt sich dann aus den Gleichungen (4) oder (5), beziehungsweise aus der obigen Gleichung (3).
Mit einem Leuchtelement, welches die in den 3A, 3B dargestellten Kennlinien aufweist ergibt sich dann als Beispiel ein Widerstand von R=1225 Ohm und eine optimale Versorgungsspannung von U=6,28 V.
Einen Vergleich der Temperaturabhängigkeiten eines unkompensierten und eines erfindungsgemäß, wie vorstehend beschrieben mit einem Widerstand von R = 1225 Ohm kompensierten organischen Leuchtelements ist in 4 dargestellt. Die mit A bezeichnete Kennlinie der Intensität als Funktion der Temperatur wurde bei Betrieb mit konstantem Strom von 2 mA aufgenommen und entspricht in ihrem Verlauf dementsprechend der in 1B gezeigten Kennlinie. Die mit B bezeichnete Kennlinie zeigt demgegenüber die Intensität des mit dem Vor-, beziehungsweise Zusatzwiderstand von 1225 Ohm versehenen Leuchtelements bei Betrieb mit einer für diesen Widerstand optimalen Betriebsspannung von U = 6,28V. Gegenüber einem Betrieb mit konstantem Strom von 2 mA reduziert sich die Intensitätsschwankung um mehr als einen Faktor 4.
Wie außerdem anhand von 4 zu erkennen ist, zeigt sich im Verlauf der Intensität eines erfindungsgemäß mit einem festen Zusatzwiderstand kompensierten organischen Leuchtelements in Abhängigkeit von der Temperatur nun ein Intensitätsmaximum bei einer zwischen den beiden Temperaturen T1, T2 liegenden Temperatur. Das Maximum der Intensität liegt bei dem in 4 gezeigten Beispiel dabei etwa bei Zimmertemperatur.
In den 5A und 5B sind Intensitätsmeßwerte eines organischen Leuchtelements in Abhängigkeit der Temperatur aufgezeichnet, wobei die Temperatur entsprechend einem typischen Klimatest zwischen –40 °C und +80 °C variiert wurde. Dabei zeigt 5A die Intensitätsvariation eines mit konstanter Spannung von etwa 4V betriebenen OLED-Elements. 5B zeigt die Meßwerte des gleichen Leuchtelements, bei dem mittels eines Widerstands von 1 kΩ die Temperaturabhängigkeit der Intensität teilweise kompensiert ist. Bei dem in 5B dargestellten Beispiel wurde das organische Leuchtelement mit einer Konstantspannung von 6,7 Volt betrieben. Die Betriebsspannungen wurden so gewählt, daß bei der Starttemperatur jeweils gleiche Helligkeit des Leuchtelements vorlag. Die gemessene mittlere Helligkeit des organischen Leuchtelements 1 betrug in diesem Beispiel 160 Cd/m².
Anhand der 5A und 5B wird deutlich, daß die Temperaturabhängigkeit bei Konstantspannungsbetrieb noch stärker als bei Konstantstrombetrieb ist. Dabei ist gerade diese Betriebsweise mit konstanter Spannung für die überwiegenden Anwendungen zu bevorzugen, da in den meisten Fällen Konstantspannungsquellen, wie etwa Batterien eingesetzt werden sollen. Die Intensitätsschwankungen des nicht kompensierten organischen Leuchtelements während des Klimatests betragen dabei bis zu ±99%. Bei Einsatz einer Konstantstromquelle bei einem Stromfluß von 2,6 mA lagen die Schwankungen immerhin noch bei ± 53 %.
Demgegenüber reduzieren sich die relativen Schwankungen der in 5B gezeigten Meßwerte des kompensierten Leuchtelements deutlich auf unter ±30%, in diesem Beispiel im speziellen auf nur noch etwa ±22%. Außerdem oszilliert die Helligkeit mit der doppelten Frequenz der Temperaturänderung. Dieser Effekt basiert auf der in 4 gezeigten Charakteristik eines kompensierten organischen Leuchtelements mit einem Intensitätsmaximum bei mittleren Temperaturen.
Weiterhin ist in 5B zu erkennen, daß die Maxima und Minima der Intensität nicht gleich hoch, beziehungsweise gleich tief sind. Dieser Effekt beruht darauf, daß der gewählte Vorwiderstand von 1 kΩ und die Versorgungsspannung von 6,7 V nicht optimal hinsichtlich der Kompensation der Temperaturabhängigkeit sind. Wird ein optimierter Zusatzwiderstand und eine optimierte Betriebsspannung gewählt, so reduzieren sich diese relativen Variationen im Temperaturbereich von –40 °C bis +80 °C rechnerisch weiter von ±22% auf unter 20%, nämlich auf nur noch etwa ±15%. Wird das Leuchtelement 1 bei höheren Strömen betrieben, so reduzieren sich die Schwankungen noch weiter. So wurde bei einem Betrieb des Leuchtelements mit einem Strom, bei welchem die Helligkeit bei der Starttemperatur 1800 Cd/m² beträgt, nur noch eine relative Schwankung von deutlich unter ±15% gemessen. Bei dieser Messung betrug bei der Starttemperatur die Leuchtdichte des Leuchtelements 1800 cd/m² bei einem Strom durch die organische elektrolumineszente Schicht von 14,1 mA, gegenüber 2,6 mA Strom und 160 Cd/m² bei den in den 5A und 5B dargestellten Meßwerten.
5C zeigt Intensitätsmeßwerte eines bei höherer mittlerer Leuchtdichte von 1800 cd/m² und höherem mittleren Strom von 14,1 mA betriebenen Leuchtelements während eines Klimatests. Die Lichtintensität ist als Spannung des Nachweissensors angegeben. Auch dieses Leuchtelement wurde erfindungsgemäß kompensiert. Aufgrund des hohen Stroms, beziehungsweise des Sollwerts der Lichthelligkeit von 1800 cd/m² kommt es hier zu einer beschleunigten Veränderung der Widerstandscharakteristik des Leuchtelements. Anhand der in 5C gezeigten Meßwerte ist dabei zu erkennen, daß die mittlere Helligkeit des Leuchtelements im Verlauf des Tests abnimmt. Gemäß der Erfindung wird der Zusatzwiderstand dann auch auf die nach einer gewissen Betriebsdauer eintretenden Bedingungen optimiert. So wird der mit der elektrolumineszenten Schicht in Reihe geschaltete ohmsche Gesamtwiderstand unter Berücksichtungung des Zusatzwiderstands so bemessen, daß das organische Leuchtelement bei zumindest zwei verschiedenen Temperaturen und Betrieb nach zumindest 100 Betriebsstunden, bevorzugt nach 500 Betriebsstunden bei gleicher Spannung jeweils gleiche Helligkeit aufweist.
Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen organischen Leuchtelements 1 umfaßt das Widerstandselement 7 ebenfalls einen Zusatzwiderstand 8 mit einer Reihenschaltung eines variablen Widerstands 82 mit einem Festwiderstand 81. Der variable Widerstand 82 kann beispielsweise ein temperaturabhängiger Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) sein. Auf diese Weise kann auch noch die verbleibende Temperaturabhängigkeit der Intensität, beispielsweise die in 4 gezeigte Kennlinie mit einem Intensitätsmaximum bei etwa Zimmertemperatur noch besser ausgeglichen werden. Auch kann ein Varistor als Widerstand 82 vorgesehen werden, der dann als Überspannungsschutz für das Leuchtelement dient.
In 7 ist eine Variante dargestellt, bei welchem die Widerstände 81, 82 des Zusatzwiderstands 8 parallel geschaltet sind. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise geeignet, um mit einem variablen Widerstand 82 in Form eines temperaturvariablen Widerstands mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) die noch verbleibende Nichlinearität der in 4 gezeigten Kennlinie des kompensierten organischen Leuchtelements 1 auszugleichen.
8 zeigt noch eine Ausführungsform mit zwei Zusatzwiderständen. Ein erster Zusatzwiderstand in Form eines Festwiderstands 81 ist, ähnlich wie bei der in 2 gezeigten Ausführungsform in Reihe mit der organischen elektrolumineszenten Schicht 52 geschaltet. Zusätzlich umfaßt diese Ausführungsform einen parallel mit der organischen elektrolumineszenten Schicht geschalteten Zusatzwiderstand in Form eines variablen Widerstands 82. Dieser dient dann durch geeignete Wahl seiner Kennlinie zur weiter verbesserten Korrektur der Temperatur-Intensitäts-Kennlinie des organischen Leuchtelements 1. Insbesondere kann ein Kaltleiter oder PTC, beziehungsweise ein Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizient als variabler Widerstand 82 verwendet werden, um eine wie in 4 gezeigte, nach oben gewölbte Temperatur-Intensitäts-Kennlinie einer erfindungsgemäß kompensierten OLED weiter zu verbessern.
Alle in den 2 und 6 bis 8 dargestellten Widerstände können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch als Widerstandsschichten ausgeführt sein, welche auf dem Substrat 3 aufgebracht sind. Beispielsweise können für die Schichten, wenn diese nicht transparent sind und die Schichtfolge der Funktionalschichten 5 derart ist, daß das emittierte Licht durch das Substrat 3 nach außen tritt, separate Oberflächenbereiche beschichtet werden, welche nicht für den Lichtaustritt benötigt werden. Selbstverständlich können auch Widerstandsschichten mit variablem Widerstand, wie etwa temperatur- oder spannungsabhängigem Widerstand als Schichten auf dem Substrat aufgebracht werden, so daß keine separaten dazu Widerstände vorgesehen werden brauchen. Auf diese Weise lassen sich sehr kompakte Leuchtelemente realisieren.
Um den in Reihe mit der organischen elektrolumineszenten Schicht 52 geschalteten Gesamtwiderstand einstellen zu können, kann das Widerstandselement 7 auch einen einstellbaren Widerstand in Form eines Potentiometers umfassen. Eine derartige Ausführungsform der Erfindung ist in 9 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt das Widerstandselement, ähnlich wie bei dem in 6 dargestellten Leuchtelement 1 zwei in Reihe geschaltete Widerstände, wobei ein Widerstand 81 ein Festwiderstand ist, der mit dem Potentiometer 83 in Reihe geschaltet ist. Der Festwiderstand 81 dient dann zur groben Kompensation der Temperatureffekte. Mit dem in Reihe geschalteten Potentiometer 83 kann dann der Widerstand genau auf den Wert gemäß der oben angegebenen Gleichung (1) eingestellt werden. Durch Einstellung des Potentiometers 83 kann das Leuchtelement außerdem auch auf eine andere Leuchtstärke mit anderer zugeordneter Betriebsspannung optimiert werden, indem der Gesamtwiderstand R durch Änderung des Potentiometer-Widerstands gemäß der oben angegebenen Gleichung (3) auf eine neue Betriebsspannung U angepaßt wird. Es ist auch daran gedacht, anstelle oder zusätzlich zum Potentiometer 83 einen Varistor einzusetzen, welcher seinen Widerstand in Abhängigkeit der Betriebsspannung ändert, so daß der Gesamtwiderstand automatisch an die Betriebsspannung angepaßt wird.
10 zeigt eine Weiterbildung des in 9 dargestellten Ausführungsbeispiels. Bei dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt das Leuchtelement ein Tandempotentiometer 85 mit Potentiometern 83, 86. Das Potentiometer 83 bildet dabei wie bei dem in 9 dargestellten Beispiel einen Bestandteil des Widerstandselements 7, beziehungsweise des Zusatzwiderstands 8.
Mit dem weiteren Potentiometer 86 des Tandempotentiometers 85 ist außerdem die Betriebsspannung einstellbar. Durch die gekoppelte Verstellung der beiden Potentiometer 83, 86 des Tandempotentiometers kann auf diese Weise jeweils die Betriebsspannung eingestellt und der ohmsche Gesamtwiderstand des Leuchtelements durch gleichzeitige, gekoppelte Einstellung des Potentiometer 83 als variablem Widerstand des Widerstandselements 7 an diese Betriebsspannung angepaßt werden. Das Leuchtelement kann dann mit durch Verstellung des Tandempotentiometers 85 variabel einstellbarer Helligkeit gleichzeitig optimiert oder zumindest nahezu optimiert hinsichtlich der Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Intensität betrieben werden.
Noch eine Ausführungsform mit variablem Widerstand 82 ist in 11 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Widerstandselement 7 einen Zusatzwiderstand mit in Reihe geschalteten Widerständen 81, 82, wobei bei diesem Beispiel der variable Widerstand 82 ein Photowiderstand 84 ist. Insbesondere ist der Photowiderstand 84 an der Kante 31 des Substrats 3 für die Funktionalschichten 5 des organischen Leuchtelements angeordnet. Er kann aber auch an anderen Stellen des Bauteils angeordnet werden, die -insbesondere ohne Beeinträchtigung der Bauteil-Funktionalität oder Anwendung- eine Intensitätsauskopplung ermöglichen. Bei üblichem Aufbau des Schichtsystems der Funktionalschichten 5, bei welchem die Elektrodenschicht 51 transparent oder zumindest teilweise transparent ist und das erzeugte Licht durch diese Elektrodenschicht 51 und das Substrat 3 hindurch ausgekoppelt wird, kann ein Teil des Lichts, welches insbesondere durch Totalreflexion an der Sichtfläche des Substrats zur Kante 31 reflektiert wird, zur intensitätsabhängigen Variation des Widerstandes 84 genutzt werden.
Um eine möglichst optimale Kompensation zu erreichen, ist es von Vorteil, das Leuchtelement bei einer Betriebsspannung gemäß der obigen Gleichung (3) zu betreiben, bei welcher für den Widerstand des Widerstandselements die Gleichung (1) erfüllt ist. Das Leuchtelement kann dazu vorteilhaft für den Betrieb bei dieser Betriebsspannung entsprechend eingerichtet oder ausgebildet sein. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen organischen Leuchtelements 1. Dieses Leuchtelement 1 umfaßt eine Konstantspannungsquelle 21, welche die optimale Spannung gemäß Gleichung (2) liefert.
Anstelle oder zusätzlich zur Konstantspannungsquelle 21 kann auch ein Halbleiter-Bauelement oder eine Halbleiter-Schaltung vorgesehen werden, mit welcher die Eingangsspannung möglichst auf den vorgesehenen Wert der Betriebsspannung geregelt wird. Beispielsweise kann eine Zener-Diode mit Schutzwiderstand oder ein Spannungsregler dazu verwendet werden.
Um trotz Betrieb bei konstanter Spannung die Einstellung verschiedener Helligkeiten des Leuchtelements 1 zu erreichen, kann die Konstantspannungsquelle 21 auch als gepulste Versorgung in Form einer gepulsten Konstantspannungsquelle ausgebildet sein. In 13 ist ein Diagramm der Spannung als Funktion der Zeit dargestellt, welche von einer derartigen Versorgung für den Betrieb des Leuchtelements bereitgestellt werden kann. Die Spannung der Höhe U_opt wird dabei diskontinuierlich angelegt, wobei Pulse 23, 27 mit konstanter Spannung U_o _Pt und Pulspausen 25, 29 mit Spannung 0 erzeugt werden. Im Diagramm sind außerdem zwei Zeitbereiche G, H gekennzeichnet, in welchen das Leuchtelement trotz konstanter Betriebsspannung während der Pulse 23, 27 unterschiedlich hell leuchtet. Dies wird durch Variation des Tastverhältnisses, also das Verhältnis der Pulsdauern zur Länge der Pulspausen geregelt. Bei dem in 13 gezeigten Beispiel wird eine während des Zeitabschnitts H gegenüber dem Zeitabschnitt G geringere Helligkeit des Leuchtelements erreicht, indem die Pulsdauern der Pulse 27 gegenüber den Pulsen 23 verringert wird. Die Pulsfrequenz wird bei diesem Beispiel beibehalten, so daß die Pulspausen 29 im Zeitabschnitt H entsprechend gegenüber den Pulspausen 25 während des Zeitabschnitts G verlängert werden. Selbstverständlich ist, anders als in 13 dargestellt, auch eine Variation des Tastverhältnisses über eine Variation der Pulsfrequenz möglich. Eine gepulste Versorgung kann außerdem vorteilhaft eingesetzt werden, um das Leuchtelement bei hohen Strömen während der Pulse zu betreiben, um auf diese Weise die relativen, temperaturbedingten Schwankungen weiter reduzieren zu können, ohne das Leuchtelement bei dauerhaft hohen Strömen überzubelasten. Die Pulsamplitude ist vorzugsweise so zu wählen, dass bei kontinuierlichem Betrieb die gewünschte maximale Helligkeit erzielt wird.
Aufgrund der deutlich reduzierten Temperaturabhängigkeit eines erfindungsgemäßen organischen Leuchtelements bietet es sich insbesondere an, diese dort einzusetzen, wo starke Temperaturschwankungen auftreten können. Daher bietet sich die Erfindung unter anderem für verschiedene Anwendungen für Leuchten in Kraftfahrzeugen oder Flugzeugen an. Gedacht ist hier zum Beispiel an Positionsleuchten, wie Kraftfahrzeug-Rücklichter, Innenbeleuchtungen von Kraftfahrzeugen und Flugzeugen, oder auch Beleuchtungen von Anzeigeinstrumenten, Schalter-, Regler- oder Hebelbeleuchtungen.
Auch für Beleuchtungen im Außenbereich, die den dort auftretenden Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, können erfindungsgemäße organische Leuchtelemente eingesetzt werden. Hier bietet sich unter anderem die Verwendung als oder in Signal-, Hinweis-, oder Werbetafeln, eines Displays oder eines Low-Information-, beziehungsweise Low-content-Displays, wie es zum Beispiel als variable Ziffernanzeige verwendet wird, an.

Claims

Organisches Leuchtelement mit zumindest einer organischen elektrolumineszenten Schicht und zwei Elektrodenschichten, dadurch gekennzeichnet, daß der in Stromflußrichtung mit der organischen elektrolumineszenten Schicht in Reihe geschaltete ohmsche Gesamtwiderstand so bemessen ist, daß das organische Leuchtelement bei zumindest zwei verschiedenen Temperaturen und Betrieb nach zumindest der halben spezifizierten Lebenserwartung für den jeweiligen Anwendungsbereich, oder nach wenigstens 100 Betriebsstunden bei gleicher Spannung jeweils gleiche Helligkeit aufweist.
Organisches Leuchtelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand so bemessen ist, daß das organische Leuchtelement bei zumindest zwei verschiedenen Temperaturen und Betrieb mit einer Konstantspannungsquelle jeweils gleiche Helligkeit aufweist, wobei sich die verschiedenen Temperaturen um zumindest 20 °C, bevorzugt um zumindest 40 °C, besonders bevorzugt um zumindest 70 °C unterscheiden.
Organisches Leuchtelement gemäß einem Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein mit der organischen elektrolumineszenten Schicht in Reihe geschaltetes Widerstandselement mit einen Widerstand R der Größe R = (IT1 – IT2)–1·[(ROLED, T2·IT2)–(ROLED, T1 IT1)] aufweist, wobei I_T1' I_T2 die Ströme durch das Leuchtelement ohne das Widerstandselement bei Temperaturen T1 und T2 und R_OLED, _T1, R_OLED, T2 die Widerstände des Leuchtelements ohne das Widerstandselement sind, wobei die Ströme I_T1' I_T2 und Widerstände R_OLED, _T1, R_OLED, _T2 Jeweils bei angelegten Spannungen gemessen sind, für die bei den Temperaturen T1, T2 das Leuchtelement gleiche Helligkeit aufweist.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der vorstehenden Anspüche, gekennzeichnet durch einen mit den Elektrodenschichten und der organischen elektrolumineszenten Schicht in Reihe geschalteten Zusatzwiderstand.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen parallel mit der organischen elektrolumineszenten Schicht geschalteten Zusatzwiderstand.
Organisches Leuchtelement gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwiderstand einen variablen Widerstand umfaßt.
Organisches Leuchtelement gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwiderstand den Gesamtwiderstand eines Widerstandsnetzwerks einer Reihen- und/oder Parallelschaltung mindestens eines variablen Widerstands mit mindestens einem Festwiderstand umfaßt.
Organisches Leuchtelement gemäß Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen temperaturabhängigen Zusatzwiderstand, insbesondero einen NTC-Widerstand oder PTC-Widerstand.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch einen Zusatzwiderstand, welcher einen Photowiderstand, insbesondere einen mit dem Substrat verbundenen Photowiderstand umfaßt.
Organisches Leuchtelement gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Photowiderstand an der Kante eines transparenten Substrats des Leuchtelements, auf welchem die organische elektrolumineszente Schicht und die zwei Elektrodenschichten aufgebracht sind, angeordnet ist.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwiderstand einen Varistor umfaßt.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwiderstand zumindest einen einstellbaren Widerstand, insbesondere ein Potentiometer umfaßt.
Organisches Leuchtelement gemäß Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein Tandempotentiometer, wobei insbesondere der Zusatzwiderstand eines der Potentiometer des Tandempotentiometers umfaßt.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der Ansprüche 4 bis 13, gekennzeichnet durch einen Zusatzwiderstand, der eine Schicht auf einem Substrat für die funktionellen Schichten des Leuchtelements umfaßt.
Organisches Leuchtelement gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement eine der Elektrodenschichten umfaßt.
Organisches Leuchtelement gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschicht transparent oder teilweise transparent ist.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der Ansprüche 3 bis 16, gekennzeichnet durch ein Widerstandselement, welches zumindest eine auf dem Substrat aufgebrachte Widerstandsschicht umfaßt.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Leuchtelement für eine Betriebsspannung U eingerichtet ist, für die gilt. U = R·IT1 + ROLED, T1·IT1 = R·IT2 + ROLED, T2 ·IT2, wobei R der ohmsche Widerstand des Widerstandselements und R_OLED, _T1, R_OLED, _T2 die Widerstände des Leuchtelements ohne das Widerstandselements sind.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwiderstand einen variablen Widerstand umfaßt, wobei das Leuchtelement für eine Betriebsspannung U eingerichtet ist, für die gilt: U = RT1·IT1 + ROLED, T1·IT1·RT2 = IT2 + ROLED, T2·IT2' wobei R_T1 und R_T2 der temperaturabhängige ohmsche Widerstand des Zusatzwiderstandes, insbesondere eines Widerstandsnetzes aus der Reihen- und/oder Parallelschaltung von mindestens einem ohmschen Festwiderstand und mindestens einem variablen Widerstand bei den Temperaturen T1, beziehungsweise T2 und R_{OLED, T1}, R_OLED, _T2 die Widerstände des Leuchtelements ohne das Widerstandselements sind.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Konstantspannungsquelle zur Bereitstellung der Betriebsspannung.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Halbleiter-Bauelement oder eine Halbleiter-Schaltung zur Bereitstellung einer konstanten Spannung.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine gepulste Versorgung mit variablem Tastverhältnis.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leuchtelement im Temperaturbereich von –40 °C bis +80 °C eine relative Variation der Intensität von unter ±30%, bevorzugt von unter ±20%, insbesondere unter ±15% aufweist.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in Stromflußrichtung mit der organischen elektrolumineszenten Schicht in Reihe geschaltete ohmsche Gesamtwiderstand so bemessen ist, daß das organische Leuchtelement bei zumindest zwei verschiedenen Temperaturen und Betrieb nach 1000 Betriebsstunden bei gleicher Spannung jeweils gleiche Helligkeit aufweist.
Organisches Leuchtelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche als Bestandteil einer Fahrzeug- oder Flugzeugleuchte, insbesondere einer Positionsleuchte, einer Innenbeleuchtung, eines Anzeigeinstruments-, einer Schalter-, Regler- oder Hebelbeleuchtung, oder als Beleuchtung im Außenbereich, oder einer Signal-, Hinweis-, Werbetafel, eines -Displays, eines Low-Information displays.