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Es werden ein Verfahren zur Steuerung eines organischen Licht emittierenden Bauelements, eine Licht emittierende Vorrichtung mit einem organischen Licht emittierenden Bauelement und ein Scheinwerfer mit einer Licht emittierenden Vorrichtung angegeben.
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Organische Licht emittierende Dioden (OLEDs) können in eine Vielzahl von Beleuchtungsanwendungen integriert werden. Wird eine OLED jedoch beispielsweise in einem Automobil eingesetzt, kann sich das Problem ergeben, dass bei einer vorgegebenen Spezifikation, beispielsweise bezüglich eines Betriebes bei Temperaturen von bis zu –40°C, vorgegebener Leistung der elektronischen Ansteuerung und notwendiger Leuchtfläche, beim Einschaltvorgang eines bereits gealterten Bauelements die notwendige Helligkeit nicht mehr erzielt werden kann, da mit zunehmender Alterung die Betriebsspannung und damit auch die benötigte Leistung bei konstantem Strom ansteigt. Durch die Eigenerwärmung der OLED im Betrieb würde zwar die nötige Spannung sinken. Aufgrund der Diodenkennlinie der OLED kann es jedoch möglich sein, dass bei der maximal im Automobil anlegbaren Spannung beim Einschalten der OLED nur ein sehr geringer Strom fließen kann, so dass in diesem Fall die aufgenommene elektrische Leistung und damit die Eigenerwärmung der OLED nur sehr gering wäre und nicht zu einem ausreichend schnellen Absenken der Betriebsspannung führen könnte.
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Möglichkeiten, dieses Problem zu vermeiden, können beispielsweise darin liegen, eine OLED bei zu niedrigen Temperaturen schlicht nicht zu betreiben oder einfach solange zu warten, bis sich die OLED von selbst ausreichend erwärmt hat. Diese Möglichkeiten sind jedoch nicht normgerecht und können je nach Anwendung Sicherheitsrisiken nach sich ziehen. Auch eine einfache Erhöhung der zugeführten Leistung kann je nach Anwendung im Hinblick auf die verfügbare Elektronik nicht immer möglich sein. Weiterhin wäre es möglich, eine zusätzliche Heizung für eine OLED vorzusehen, was jedoch sowohl zu Platzproblemen als auch zu einer Verteuerung führen kann.
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Alternativ zu OLEDs könnten andere Leuchtmittel wie etwa die bekannten Glüh- und Halogenbirnen oder auch anorganische Leuchtdioden eingesetzt werden. Diese Leuchtmittel bieten jedoch nicht dieselben Designfreiheiten. Eine Verwendung von solchen alternativen Leuchtmitteln zusätzlich zu einer OLED hingegen führt zu einer Verteuerung der Beleuchtungseinrichtung.
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Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Steuerung eines organischen Licht emittierenden Bauelements anzugeben. Weitere Aufgaben von bestimmten Ausführungsformen liegen darin, eine Licht emittierende Vorrichtung mit einem organischen Licht emittierenden Bauelement und einen Scheinwerfer mit einer Licht emittierenden Vorrichtung anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch Verfahren und Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Steuerung eines organischen Licht emittierenden Bauelements zumindest eine Schicht des organischen Licht emittierenden Bauelements durch zumindest ein Heizelement erwärmt, wobei das Heizelement ein Teil des organischen Licht emittierenden Bauelements ist. Das kann insbesondere bedeuten, dass das Heizelement innerhalb des organischen Licht emittierenden Bauelements zusätzlich zur Heizfunktion noch eine andere Funktionalität erfüllen kann. Besonders bevorzugt kann es sich bei dem zumindest einem Heizelement um eine Elektrode des organischen Licht emittierenden Bauelements handeln.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Schicht, insbesondere eine Elektrode, eines organischen Licht emittierenden Bauelements als Heizelement verwendet. Insbesondere kann die Schicht, also insbesondere die Elektrode, auch dann als Heizelement verwendbar sein oder verwendet werden, wenn das organische Licht emittierende Bauelement nicht in einem Betriebszustand zur Lichterzeugung betrieben wird.
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Das Erwärmen mittels des zumindest einen Heizelements kann im Rahmen eines ersten Betriebszustands des organischen Licht emittierenden Bauelements zur Erzeugung von Wärme erfolgen. Ein weiterer Betriebszustand des organischen Licht emittierenden Bauelements kann durch den Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements zur Lichterzeugung gegeben sein. Der Betriebszustand zur Erzeugung von Wärme und der Betriebszustand zur Lichterzeugung können zu unterschiedlichen Zeiten, beispielsweise nacheinander, oder auch gleichzeitig vorliegen. Das organische Licht emittierende Bauelement kann somit nur durch das Heizelement geheizt werden, nur zur Lichterzeugung betrieben werden oder gleichzeitig geheizt und zur Lichterzeugung betrieben werden.
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Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist eine Licht emittierende Vorrichtung ein organisches Licht emittierenden Bauelement auf. Weiterhin kann die Licht emittierende Vorrichtung eine Steuerungseinheit aufweisen, mittels derer das organische Licht emittierende Bauelement gesteuert werden kann. Insbesondere kann mit der Steuerungseinheit in zumindest einem Betriebszustand der Licht emittierenden Vorrichtung beziehungsweise des organischen Licht emittierenden Bauelements das Heizelement des organischen Licht emittierenden Bauelements betrieben werden. Weiterhin kann mit der Steuerungseinheit in einem weiteren Betriebszustand das organische Licht emittierende Bauelement zur Lichtabstrahlung betrieben werden.
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Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform wird das organische Licht emittierende Bauelement oder die Licht emittierende Vorrichtung mit dem organischen Licht emittierenden Bauelement in einem Scheinwerfer als Lichtquelle verwendet. Der Scheinwerfer kann dadurch eine Lichtquelle aufweisen, die eine integrierte Heizung aufweist.
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Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist der Scheinwerfer die Licht emittierende Vorrichtung auf. Der Scheinwerfer kann beispielsweise als Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein, etwa als Rücklicht oder Frontscheinwerfer eines Automobils oder Motorrads. Weiterhin kann der Scheinwerfer auch als stationäre Beleuchtungseinrichtung, beispielsweise für Außeneinsätze, ausgebildet sein.
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Die vorab und im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale beziehen sich gleichermaßen auf das Verfahren, die organische Licht emittierende Vorrichtung und den Scheinwerfer.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das organische Licht emittierendes Bauelement zwei Elektroden auf, zwischen denen ein organischer funktioneller Schichtenstapel angeordnet ist. Der organische funktionelle Schichtenstapel weist zumindest eine organische Licht emittierende Schicht in Form einer organischen elektrolumineszierenden Schicht auf, die dazu eingerichtet ist, in einem Betriebszustand des organischen Licht emittierenden Bauelements Licht zu erzeugen. Mit „Licht“ wird hier und im Folgenden elektromagnetische Strahlung bezeichnet, die in einem ultravioletten bis infraroten und insbesondere in einem sichtbaren Spektralbereich liegt. Licht kann somit bevorzugt spektrale Komponenten in einem blauen bis roten Wellenlängenbereich aufweisen. Das organische Licht emittierende Bauelement kann insbesondere als organische Licht emittierende Diode (OLED) ausgebildet sein.
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Zumindest eine der Elektroden ist transparent ausgebildet, so dass das im organischen funktionellen Schichtenstapel erzeugte Licht zumindest durch diese Elektrode aus dem organischen funktionellen Schichtenstapel abgestrahlt werden kann. Mit „transparent“ wird hier und im Folgenden eine Schicht bezeichnet, die durchlässig für sichtbares Licht ist.
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Dabei kann die transparente Schicht klar durchscheinend oder auch zumindest teilweise Licht streuend und/oder teilweise Licht absorbierend sein, so dass die transparente Schicht beispielsweise auch diffus oder milchig durchscheinend sein kann. Besonders bevorzugt weist eine hier als transparent bezeichnete Schicht eine möglichst geringe Absorption von Licht auf.
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Der organische funktionelle Schichtstapel kann Schichten mit organischen Polymeren, organischen Oligomeren, organischen Monomeren, organischen kleinen, nicht-polymeren Molekülen („small molecules“) oder Kombinationen daraus aufweisen. Als Materialien für die organische Licht emittierende Schicht eignen sich Materialien, die eine Strahlungsemission aufgrund von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen, beispielsweise Polyfluoren, Polythiophen oder Polyphenylen oder Derivate, Verbindungen, Mischungen oder Copolymere davon. Der organische funktionelle Schichtenstapel kann auch eine Mehrzahl von organischen Licht emittierenden Schichten aufweisen, die zwischen den Elektroden angeordnet sind. Der organische funktionelle Schichtenstapel kann beispielsweise weiterhin Ladungsträgerinjektionsschichten, Ladungsträgertransportschichten und/oder Ladungsträgerblockierschichten aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das organische Licht emittierende Bauelement ein Substrat auf, auf dem die Elektroden und der organische funktionelle Schichtenstapel aufgebracht sind. Das Substrat kann beispielsweise eines oder mehrere Materialien in Form einer Schicht, einer Platte, einer Folie oder einem Laminat aufweisen, die ausgewählt sind aus Glas, Quarz, Kunststoff, Metall, Siliziumwafer. Besonders bevorzugt weist das Substrat Glas und/oder Kunststoff, beispielsweise in Form einer Glasschicht, Glasfolie, Glasplatte, Kunststoffschicht, Kunststofffolie, Kunststoffplatte oder einem Glas-Kunststoff-Laminat, auf oder ist daraus. Zusätzlich kann das Substrat, beispielsweise im Fall von Kunststoff als Substratmaterial, eine oder mehrere Barriereschichten aufweisen, mit denen das Kunststoffmaterial abgedichtet ist.
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Über den Elektrode und dem organischen funktionellen Schichtenstapel kann eine Verkapselungsanordnung angeordnet sein, die die Elektroden und den organischen funktionellen Schichtenstapel vor schädlichen äußeren Einflüssen wie etwa Feuchtigkeit, Sauerstoff, Schwefelwasserstoff oder anderen Stoffen schützen kann.
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Im Hinblick auf den prinzipiellen Aufbau eines organischen Licht emittierenden Bauelements, dabei beispielsweise im Hinblick auf den Aufbau, die Schichtzusammensetzung und die Materialien des Substrats, der Elektroden, des organischen funktionellen Schichtenstapels und der Verkapselungsanordnung, wird auf die Druckschrift
WO 2010/066245 A1 verwiesen, die insbesondere in Bezug auf den Aufbau, die Schichtzusammensetzung und die Materialien des Substrats, der Elektroden, des organischen funktionellen Schichtenstapels und der Verkapselungsanordnung hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eine der Elektroden als Heizelement ausgebildet und mittels zumindest zwei voneinander getrennten Elektrodenanschlussstücken elektrisch kontaktierbar. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die als Heizelement ausgebildete Elektrode in elektrischem Kontakt zu jedem der Elektrodenanschlussstücke steht, diese wiederum nicht unmittelbar miteinander in elektrischem Kontakt stehen. Mittels der zumindest zwei voneinander getrennten Elektrodenanschlussstücke ist es somit möglich, in einem Betriebszustand zur Erzeugung von Wärme eine elektrische Spannung zwischen verschiedenen Bereichen der als Heizelement ausgebildeten Elektrode anzulegen, so dass ein Stromfluss durch die als Heizelement ausgebildete Elektrode erzeugt werden kann. Aufgrund des elektrischen Widerstands der als Heizelement ausgebildeten Elektrode bewirkt ein derartiger Stromfluss eine Erwärmung der Elektrode. Je höher der Stromfluss und je größer der Widerstand der als Heizelement ausgebildeten Elektrode ist, desto mehr Wärme kann erzeugt werden. Die erzeugte Wärme wird an angrenzende Schichten abgegeben, so dass insbesondere der organische funktionelle Schichtenstapel durch die als Heizelement ausgebildete Elektrode erwärmt werden kann. Im Vergleich zu einem Betriebszustand zur Lichterzeugung, in dem ein Stromfluss zwischen den beiden Elektroden und damit durch den organischen funktionellen Schichtenstapel erzeugt wird, fließt im Betriebszustand zur Erzeugung von Wärme somit zusätzlich oder ausschließlich ein Strom entlang der Haupterstreckungsebene der als Heizelement ausgebildeten Elektrode durch diese.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zumindest eine als Heizelement ausgebildete Elektrode ein transparentes leitendes Oxid auf oder ist daraus. Transparente leitende Oxide („transparent conductive oxide“, TCO) sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid und Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO2 oder In2O3 gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die zumindest eine als Heizelement ausgebildete Elektrode auch ein Metall aufweisen oder daraus sein. Im Vergleich zu üblichen organischen Licht emittierenden Dioden, in denen bevorzugt Elektrodenmaterialien verwendet werden, die möglichst geringe elektrische Widerstände aufweisen, kann es bei dem hier beschriebenen organischen Licht emittierenden Bauelement und dem damit durchgeführten Verfahren vorteilhaft sein, wenn die als Heizelement ausgebildete Elektrode einen nicht zu geringen elektrischen Widerstand aufweist, um eine gewünschte Heizleistung zu erreichen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die als Heizelement ausgebildete Elektrode großflächig ausgebildet. Mit „großflächig“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine zusammenhängende und unstrukturierte Ausbildung der Elektrode bezeichnet. Das kann insbesondere bedeuten, dass die großflächige Elektrode vorzugsweise mit dem gesamten organischen funktionellen Schichtenstapel oder zumindest im Wesentlichen mit dem gesamten organischen funktionellen Schichtenstapel entlang einer entsprechend zusammenhängenden und lückenlosen Grenzfläche in Kontakt steht. Dadurch kann es möglich sein, durch einen entsprechenden Stromfluss durch die als Heizelement ausgebildete Elektrode möglichst den gesamten organischen funktionellen Schichtenstapel gleichmäßig zu erwärmen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der organische funktionelle Schichtenstapel vor oder während eines Betriebs zur Lichtabstrahlung mittels des zumindest einen Heizelements auf einer Temperatur gehalten, die größer als eine Umgebungstemperatur des organischen Licht emittierenden Bauelements ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der organische funktionelle Schichtenstapel mittels des Heizelements erwärmt, bevor der organische funktionelle Schichtenstapel zur Lichterzeugung verwendet wird. Das bedeutet mit anderen Worten, dass das organische Licht emittierende Bauelement zuerst in einem Betriebszustand betrieben wird, der zur Erwärmung des organischen funktionelle Schichtenstapels dient, und danach in einem weiteren Betriebszustand betrieben wird, der zur Lichterzeugung dient.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der organische funktionelle Schichtenstapel während des Betriebs zur Lichtabstrahlung mittels des Heizelements erwärmt. Das bedeutet mit anderen Worten, dass der Betriebszustand zur Erzeugung von Wärme und der Betriebszustand zur Lichterzeugung gleichzeitig vorliegen, so dass ein Teil des Stroms, der in die als Heizelement ausgebildete Elektrode mittels eines Elektrodenanschlussstücks injiziert wird, durch ein weiteres Elektrodenanschlussstück dieser Elektrode abfließt, während ein weiterer Teil des injizierten Stroms durch den organischen funktionellen Schichtenstapel und die weitere Elektrode fließt. Durch eine Einstellung der elektrischen Spannung zwischen den zumindest zwei Elektrodenanschlusstücken der als Heizelement ausgebildeten Elektrode sowie der elektrischen Spannung zwischen den beiden Elektroden kann die Heiz- und Lichtleistung gesteuert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zumindest eines der Elektrodenanschlussstücke der als Heizelement ausgebildeten Elektrode auch zum Betrieb zur Lichtabstrahlung verwendet. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass alle Elektrodenanschlussstücke der als Heizelement ausgebildeten Elektrode auch zum Betrieb zur Lichtabstrahlung verwendet werden. In diesem Fall können die Elektrodenanschlussstücke im Vergleich zu einem Betriebszustand zur Erzeugung von Wärme auf einem selben elektrischen Potenzial liegen.
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Zum Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements kann insbesondere eine Steuerungseinheit verwendet werden, die dazu eingerichtet und ausgebildet ist, das beschriebene Verfahren durchzuführen, also insbesondere, das Heizelement derart anzusteuern, dass der organische funktionelle Schichtenstapel mittels des Heizelements vor oder während eines Betriebs zur Lichtabstrahlung erwärmt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist jede der Elektroden des organischen Licht emittierenden Bauelements als Heizelement ausgebildet und ist mittels zumindest zwei voneinander getrennten Elektrodenanschlussstücken elektrisch kontaktierbar. Hierdurch kann es möglich sein, je nach Anforderung in Bezug auf eine Heizung eine oder beide als Heizelement ausgebildeten Elektroden zur Erzeugung von Wärme zu verwenden. Die vorab in Verbindung mit dem Heizelement und den Elektroden beschriebenen Merkmale können insbesondere für beide als Heizelement ausgebildeten Elektroden gelten. So können beide als Heizelement ausgebildeten Elektroden beispielsweise großflächig ausgebildet sein. Ist nur eine der Elektroden als Heizelement ausgebildet, kann die andere Elektrode auch strukturiert ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das organische Licht emittierende Bauelement zumindest einen Sensor zur Messung einer Helligkeit des im Betrieb im organischen funktionellen Schichtenstapel erzeugten Lichts und/oder zur Messung einer Temperatur des organischen funktionellen Schichtenstapels auf. Der Sensor kann insbesondere in das organische Licht emittierende Bauelement integriert sein. Der Sensor kann also durch einen Teil des organischen funktionellen Schichtenstapels gebildet werden. Helligkeitssensoren, die in organische Licht emittierende Bauelemente integriert sind und zur Messung des erzeugten Lichts dienen, sind beispielsweise in der Druckschrift
WO 2014/067853 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit diesbezüglich vollumfänglich durch Rückbezug aufgenommen wird.
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Weiterhin kann es auch möglich sein, dass ein externer Sensor wie beispielsweise ein Temperatursensor und/oder ein Helligkeitssensor vorhanden ist und verwendet wird, der ein Signal zur Steuerung des organischen Licht emittierenden Bauelements liefert. Wird das organische Licht emittierende Bauelement beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verwendet, kann ein dort üblicherweise vorhandener Temperaturfühler entsprechend verwendet werden. Dadurch kann eine einfache elektronische Lösung möglich sein.
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Bei Verwendung eines Sensors kann es möglich sein, dass die Erwärmung des organischen funktionellen Schichtenstapels mittels des Heizelements in Abhängigkeit eines Signals des Sensors durchgeführt wird. Weist das organische Licht emittierende Bauelement beispielsweise einen Temperatursensor auf, so kann das Heizelement zur Erwärmung des organischen funktionellen Schichtenstapels beispielsweise immer dann verwendet werden, wenn die Temperatur des organischen funktionellen Schichtenstapels unter einen vorher festgelegten Grenzwert fällt. Beispielsweise kann die Temperatur, auf die der organische funktionelle Schichtenstapel mithilfe des Heizelements gehalten wird, größer oder gleich 0°C sein.
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Mittels des hier beschriebenen organischen Licht emittierenden Bauelements, bei dem zumindest eine der Elektroden als Heizelement ausgebildet ist, ist es somit möglich, das organische Licht emittierende Bauelement ohne zusätzliche Heizvorrichtung zu heizen, wodurch es möglich sein kann, das organische Licht emittierende Bauelement bei im Prinzip beliebig niedrigen Umgebungstemperaturen zu betreiben. Aufgrund der Tatsache, dass eine als Heizelement ausgebildete Elektrode unmittelbar an den organischen funktionelle Schichtenstapel angrenzt, können die Schichtstrukturen des organischen Licht emittierenden Bauelements, die üblicherweise eine Dicke im Mikrometerbereich aufweisen, innerhalb einer sehr kurzen Zeit auf eine Temperatur erwärmt werden, die eine gewünschten Betrieb zur Lichterzeugung des organischen Licht emittierenden Bauelements ermöglicht. Simulationen haben gezeigt, dass Heizzeiten von deutlich weniger als 1 Sekunde möglich sind, so dass ein kaum verzögertes Einschalten des organischen Licht emittierenden Bauelements zur Lichterzeugung bei einer erniedrigten Einschaltspannung auch bei tiefen Umgebungstemperaturen möglich ist. Ein „Verschmieren“ der Helligkeit des abgestrahlten Lichts beim Einschalten des organischen Licht emittierenden Bauelements zur Lichterzeugung kann somit verhindert werden. Dadurch kann ein sicherer Betrieb, insbesondere ein normgerechter Betrieb, des organischen Licht emittierenden Bauelements mit einer geforderten Helligkeit erreicht werden. Insbesondere kann es auch möglich sein, das organische Licht emittierende Bauelement bei niedrigen Umgebungstemperaturen, auch solchen deutlich unterhalb von –40°C, zu betreiben, da das organische Licht emittierende Bauelement beispielsweise immer auf einer Minimaltemperatur, etwa von größer oder gleich 0°C, gehalten werden kann. Durch eine Heizung des organischen Licht emittierenden Bauelements auf eine Temperatur von größer 0°C kann beispielsweise auch eine Kondensation verhindert bzw. ein Abtauen ermöglicht werden.
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Da durch die Erwärmung des organischen Licht emittierenden Bauelements eine Erniedrigung der Betriebsspannung erreicht werden kann, ist der vorzuhalten Spannungsbereich deutlich kleiner als bei einem organischen Licht emittierenden Bauelement ohne entsprechendes Heizelement, so dass niedriger dimensionierte Treiber verwendet werden können, wodurch sich eine Kostenersparnis, ein geringerer Platzbedarf und effizientere Treiber ergeben können. Da die Heizleistung in der Größenordnung der Betriebsleistung zur Lichterzeugung liegen kann, ist keine Überlastung der Kontakte zur elektrischen Kontaktierung des organischen Licht emittierenden Bauelements zu befürchten. Bei der Verwendung nur einer Elektrode als Heizelement kann bei einer entsprechenden Strukturierung der anderen Elektrode auch eine segmentierte Leuchtfläche des organischen Licht emittierenden Bauelements möglich sein.
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Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen:
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1A bis 1C schematische Darstellungen eines organischen Licht emittierenden Bauelements, mit dem ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel durchgeführt werden kann,
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2 und 3 schematische Darstellungen von Licht emittierenden Vorrichtungen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und
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4 eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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In den 1A bis 1C sind schematische Ansichten eines organischen Licht emittierenden Bauelements 100 gezeigt, das zur Durchführung eines Verfahrens zur Steuerung des Bauelements 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet wird. Das Verfahren wird im Zusammenhang mit den 1A bis 1C erläutert. Die in den 1A und 1B gezeigten Schnittdarstellungen entsprechen Schnitten durch das Bauelement 100 entlang der in 1C angedeuteten Schnittebenen AA und BB, während in 1C eine Aufsicht auf das organische Licht emittierende Bauelement gezeigt ist. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die 1A bis 1C.
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Das organische Licht emittierende Bauelement 100 weist ein Substrat 101 auf, auf dem zwischen Elektroden 102 und 104 ein organischer funktioneller Schichtenstapel 103 mit zumindest einer organischen Licht emittierenden Schicht angeordnet ist. Zumindest eine der Elektroden 102, 104 ist transparent ausgebildet, so dass im Betrieb der OLED 100 im organischen funktionellen Schichtenstapel 103 erzeugtes Licht durch die zumindest eine transparente Elektrode gestrahlt werden kann. Der organische funktionelle Schichtenstapel 103 kann zusätzlich zur zumindest einen organischen Licht emittierenden Schicht weitere organische Schichten aufweisen, beispielsweise eine oder mehrere ausgewählt aus einer Lochinjektionsschicht, einer Lochtransportschicht, einer Elektronenblockierschicht, einer Löcherblockierschicht, einer Elektronentransportschicht, einer Elektroneninjektionsschicht und einer ladungserzeugenden Schicht („charge generation layer“, CGL), die geeignet sind, Löcher bzw. Elektronen zur organischen Licht emittierenden Schicht zu leiten bzw. den jeweiligen Transport zu blockieren.
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Über dem organischen funktionellen Schichtenstapel
103 und den Elektroden
102,
104 ist eine Verkapselung
107 zum Schutz des organischen funktionelle Schichtenstapels
103 und der Elektroden
102,
104 angeordnet. Die Verkapselung
107 ist dabei besonders bevorzugt als Dünnfilmverkapselung ausgeführt. Unter einer als Dünnfilmverkapselung ausgebildeten Verkapselungsanordnung wird vorliegend eine ein- oder mehrschichtige Vorrichtung verstanden, die dazu geeignet ist, eine Barriere gegenüber atmosphärischen Stoffen, insbesondere gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff und/oder gegenüber weiteren schädigenden Substanzen wie etwa korrosiven Gasen, beispielsweise Schwefelwasserstoff, zu bilden. Die Verkapselungsanordnung kann hierzu eine oder mehrere Schichten mit jeweils einer Dicke von kleiner oder gleich einigen 100 nm aufweisen. Insbesondere kann die Dünnschichtverkapselung dünne Schichten aufweisen oder aus diesen bestehen, die beispielsweise mittels eines Atomlagenabscheideverfahrens („atomic layer deposition“, ALD) aufgebracht werden. Geeignete Materialien für die Schichten der Verkapselungsanordnung sind beispielsweise Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid, Tantaloxid. Beispielsweise kann die Verkapselungsanordnung eine Schichtenfolge mit einer Mehrzahl der dünnen Schichten aufweisen, die jeweils eine Dicke zwischen einer Atomlage und 10 nm aufweisen, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Alternativ oder zusätzlich zu mittels ALD hergestellten dünnen Schichten kann die Verkapselungsanordnung zumindest eine oder eine Mehrzahl weiterer Schichten, also insbesondere Barriereschichten und/oder Passivierungsschichten, aufweisen, die durch thermisches Aufdampfen oder mittels eines plasmagestützten Prozesses, etwa Sputtern oder plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung („plasmaenhanced chemical vapor deposition“, PECVD), abgeschieden wird. Geeignete Materialien dafür können die vorab genannten Materialien sowie Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid, Indiumzinnoxid, Indiumzinkoxid, Aluminium-dotiertes Zinkoxid, Aluminiumoxid sowie Mischungen und Legierungen der genannten Materialien sein. Die eine oder die mehreren weiteren Schichten können beispielsweise jeweils eine Dicke zwischen 1 nm und 5 µm und bevorzugt zwischen 1 nm und 400 nm aufweisen, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Dünnfilmverkapselungen sind beispielsweise in den Druckschriften
WO 2009/095006 A1 und
WO 2010/108894 A1 beschrieben, deren jeweiliger Offenbarungsgehalt hiermit diesbezüglich vollumfänglich durch Rückbezug aufgenommen wird.
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Alternativ oder zusätzlich zu einer Dünnfilmverkapselung kann die Verkapselung 107 auch einen Glasdeckel aufweisen, der beispielsweise in Form eines Glassubstrats mit einer Kavität mittels einer Klebstoffschicht auf dem Substrat 101 aufgeklebt wird. In die Kavität kann weiterhin ein Feuchtigkeit absorbierender Stoff (Getter), beispielsweise aus Zeolith, eingeklebt sein, um Feuchtigkeit, Sauerstoff oder andere schädigenden Gase, die durch den Klebstoff eindringen können, zu binden. Weiterhin kann auch die Klebstoffschicht zur Befestigung des Deckels auf dem Substrat selbst absorbierend für schädigende Substanzen sein und/oder es können Klebstoffschichtstrukturen vorhanden sein.
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Weiterhin kann vom Substrat 101 aus gesehen auf der Verkapselung 107, wie in den 1A bis 1C gezeigt ist, eine mittels einer Klebstoffschicht 108 aufgeklebte Abdeckung 109 angeordnet sein. Die Abdeckung 109, die im Hinblick auf ihre Anordnung im Vergleich zum Substrat 101 auch als „Superstrat“ bezeichnet werden kann, kann beispielsweise durch eine Glasschicht oder Glasplatte oder auch einen Kunststoff, ein Metall oder eine Kombination oder ein Laminat der genannten Materialien gebildet sein und insbesondere in Verbindung mit einer als Dünnfilmverkapselung ausgebildeten Verkapselung 107 als mechanischer Schutz, insbesondere als Katzschutz, dienen, ohne dass die Abdeckung 109 selbst verkapselnd wirken muss. Alternativ oder zusätzlich kann auf der Verkapselung 107 auch ein Schutzlack, beispielsweise in Form eines Sprühlacks, aufgebracht sein.
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In dem in den 1A bis 1C gezeigten Bauelement 100 ist das Substrat 101 transparent ausgeführt, beispielsweise in Form einer Glasplatte oder Glasschicht. Alternativ hierzu kann das Substrat 101 beispielsweise auch einen transparenten Kunststoff oder ein Glas-Kunststoff-Laminat aufweisen.
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Die auf dem Substrat 101 aufgebrachte Elektrode 102 ist wie das Substrat 101 transparent ausgebildet und weist beispielsweise ein transparentes leitendes Oxid auf, wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ist.
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Die weitere Elektrode 104 auf dem organischen funktionellen Schichtenstapel 103 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel reflektierend ausgebildet und weist ein Metall auf, das ausgewählt sein kann aus Aluminium, Barium, Indium, Silber, Gold, Magnesium, Kalzium und Lithium sowie Verbindungen, Kombinationen und Legierungen damit. Insbesondere kann die Elektrode 104 Ag, Al oder Legierungen oder Schichtstapel mit diesen aufweisen, beispielsweise Ag/Mg, Ag/Ca, Mg/Al oder auch Mo/Al/Mo oder Cr/Al/Cr. Alternativ oder zusätzlich kann die Elektrode 104 auch ein oben genanntes TCO-Material oder einen Schichtenstapel mit zumindest einem TCO und zumindest einem Metall aufweisen.
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Das organische Licht emittierende Bauelement 100 ist aufgrund des transparenten Substrats 101 und der transparenten unteren Elektrode 102 als sogenannter Bottom-Emitter ausgeführt und strahlt in einem Betriebszustand zur Lichterzeugung Licht durch die transparente Elektrode 102 und das transparente Substrat 101 ab. Die obere Elektrode 104 kann in diesem Fall wie oben beschrieben reflektierend ausgebildet sein. Alternativ zur Bottom-Emitter-Konfiguration kann auch die dem Substrat 101 abgewandt angeordnete obere Elektrode 104 transparent ausgebildet sein, um das im Betriebszustand zur Lichterzeugung im organischen funktionellen Schichtenstapel 103 erzeugte Licht durch die obere Elektrode 104 in eine dem Substrat 101 abgewandte Richtung abzustrahlen. In diesem Fall ist das organische Licht emittierende Bauelement 100 als sogenannter Top-Emitter ausgebildet. Die zwischen dem Substrat 101 und dem organischen funktionellen Schichtenstapel 103 angeordnete untere Elektrode 102 kann, sofern keine Lichtabstrahlung durch das Substrat 101 erwünscht ist, auch reflektierend ausgebildet sein. Ebenso kann in diesem Fall das Substrat 101 ein nicht-transparentes Material aufweisen, beispielsweise ein nicht-transparentes Glas, einen nicht-transparenten Kunststoff, ein Metall oder Kombinationen hieraus. Zusätzlich zur oberen Elektrode 104 sind in der Top-Emitter-Konfiguration auch die Verkapselung 107 und, sofern vorhanden, auch die Klebstoffschicht 108 und die Abdeckung 109 transparent ausgebildet. Weiterhin kann das organische Licht emittierende Bauelement 100 auch gleichzeitig als Bottom-Emitter und als Top-Emitter und damit bevorzugt als transparente OLED ausgebildet sein und eine Kombination der jeweils in Verbindung mit der Bottom- und Top-Emitter-Konfiguration genannten Merkmalen aufweisen.
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Zumindest eine der Elektroden 102, 104 ist als Heizelement ausgebildet. Rein beispielhaft sind im gezeigten Ausführungsbeispiel beide Elektroden 102, 104 als Heizelement ausgebildet. Alternativ hierzu kann es aber auch möglich sein, dass nur eine der Elektroden 102, 104 als Heizelement ausgebildet ist.
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Zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden 102 und 104 sind Elektrodenanschlussstücke 105-1, 105-2, 105-3, 105-4 vorgesehen, die unter der Verkapselung 107 hindurch von den Elektroden 102, 104 nach außen reichen. Die als elektrische Kontaktzuführungen ausgebildeten Elektrodenanschlussstücke 105-1, 105-2, 105-3, 105-4 können je nach Abstrahlrichtung der OLED 100 transparent oder nicht-transparent ausgebildet sein und beispielsweise ein TCO und/oder ein Metall aufweisen oder daraus sein. Beispielsweise können die Elektrodenanschlusstücke 105-1, 105-2, 105-3, 105-4 durch eine Metallschicht oder einen Metallschichtstapel gebildet sein, beispielsweise Mo/Al/Mo, Cr/Al/Cr oder Al. Beispielsweise im Falle der unteren Elektrode 102 kann es auch möglich sein, dass die Elektrodenanschlusstücke 105-1, 105-2 und die Elektrode 102 aus einem gleichen Material, beispielsweise einem TCO, sind und einstückig ausgebildet sind. Mit anderen Worten befindet sich dann auf dem Substrat 101 eine elektrisch leitende Schicht, etwa mit oder aus einem TCO, die unter der Verkapselungsanordnung 107 und in Kontakt mit der organischen funktionellen Schichtenstapel 103 die untere Elektrode 102 sowie davon ausgehend nach außen reichend die Elektrodenanschlusstücke 105-1, 105-2 bildet.
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Weiterhin können Isolatorschichten 106 vorhanden sein, beispielsweise mit oder aus Polyimid, die beispielsweise die Elektroden 102, 104 gegeneinander elektrisch isolieren können. Je nach Ausgestaltung der einzelnen Schichten müssen Isolatorschichten 106 auch nicht zwingend erforderlich sein und können nicht vorhanden sein, etwa bei entsprechenden Maskenprozessen zur Aufbringung der Schichten.
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Jede der als Heizelement ausgebildeten Elektroden 102, 104 ist mittels zumindest zwei voneinander getrennter Elektrodenanschlussstücke 105-1, 105-2, 105-3, 105-4 elektrisch kontaktierbar. Wie in 1A zu erkennen ist, ist die untere Elektrode 102 durch die Elektrodenanschlussstücke 105-1, 105.2 elektrisch kontaktiert, während, wie in 1B zu erkennen ist, die obere Elektrode 104 durch die Elektrodenanschlussstücke 105-3, 105-4 elektrisch kontaktiert wird. Hierdurch sind bei einem Verfahren zur Steuerung des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 zwei prinzipielle Betriebszustände möglich, nämlich ein Betriebszustand zur Erzeugung von Wärme und ein Betriebszustand zur Lichterzeugung.
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Für einen Betriebszustand zur Lichterzeugung kann die untere Elektrode 102 als Anode ausgebildet sein, während die obere Elektrode 104 dann als Kathode ausgebildet ist. Hierbei können die Elektrodenanschlusstücke 105-1, 105-2 der unteren Elektrode 104 und die Elektrodenanschlusstücke 105-3, 105-4 der oberen Elektrode 104 auf jeweils einem selben elektrischen Potential liegen, so dass zwischen den Elektroden 102, 104 eine elektrische Spannung anliegt, durch die ein Strom in den organischen funktionellen Schichtenstapel injiziert werden kann.
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Im Betriebszustand zu Erzeugung von Wärme können die Elektrodenanschlusstücke 105-1, 105-2 der unteren Elektrode 102 und/oder die Elektrodenanschlusstücke 105-3, 105-4 der oberen Elektrode 104 hingegen mit entgegengesetzter Polung betrieben werden, so dass ein Stromfluss entlang der Haupterstreckungsebenen der Elektroden 102 und/oder 104 durch diese möglich ist, der zu einer Erwärmung der Elektrode 102 und/oder der Elektrode 104 führt. Der Flächenwiderstand der Elektroden 102, 104 entspricht hierbei dem Heizwiderstand. Die angrenzenden Schichten, insbesondere die Schichten des organischen funktionellen Schichtenstapels 103, können dadurch sehr schnell erwärmt werden. Durch die entsprechende Temperaturerhöhung sinkt wiederum die effektive Einschalt- und Betriebsspannung des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 für den Betriebszustand zur Lichterzeugung. Theoretische Abschätzungen haben ergeben, dass eine Erwärmung des organischen funktionellen Schichtenstapels 103 auf eine erforderliche Temperatur in weniger als 1 Sekunde möglich ist, wobei in sehr guter Näherung die Wärmekapazität des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 durch die Wärmekapazität des Substrats 101 angenommen wurde.
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Die als Heizelemente ausgebildeten Elektroden 102, 104 sind für eine gleichmäßige Heizung des organischen funktionellen Schichtenstapels 103 bevorzugt großflächig und zusammenhängend ausgebildet, so dass das organische Licht emittierende Bauelement 100 als Flächenlichtquelle ausgeformt sein kann. Ist nur eine der Elektroden 102, 104 als Heizelement ausgebildet, kann die andere Elektrode auch strukturiert sein, so dass beispielsweise eine segmentierte Leuchtfläche möglich sein kann.
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Die Betriebszustände zur Lichterzeugung und zur Erzeugung von Wärme können auch gleichzeitig vorliegen, so dass ein Stromfluss innerhalb zumindest einer der Elektroden 102, 104 zur Heizung sowie zwischen den Elektroden 102, 104 zur Lichterzeugung möglich ist.
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Beim Verfahren zur Steuerung des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 kann der organische funktionelle Schichtenstapel 103 somit mittels einer oder beider als Heizelemente ausgebildeten Elektroden 102, 104 vor oder während des Betriebs zur Lichtabstrahlung erwärmt werden. Wie auch in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben ist, kann eine Regelung der Betriebszustände durch eine geeignete Steuerungseinheit sowie durch Verwendung von Sensoren erfolgen.
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In 2 ist eine Licht emittierende Vorrichtung 1000 gezeigt, die ein organisches Licht emittierendes Bauelement 100 mit zumindest einer als Heizelement ausgebildeten Elektrode gemäß dem vorherigen Ausführungsbeispiel aufweist.
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Weiterhin weist die Licht emittierende Vorrichtung 1000 eine Versorgungseinheit („power unit“) 200 sowie eine Steuerungseinheit 300 aufweisen. Die Versorgungseinheit 200 bildet die Strom- beziehungsweise Spannungsquelle für das organische Licht emittierende Bauelement 100 und ist im gezeigten Ausführungsbeispiel teilweise über Widerstände 201, 202 mit den Elektrodenanschlusstücken 105-1, 105-2, 105-3, 105-4 verbunden. Die Steuerungseinheit 300 ist zur Steuerung des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 ausgebildet und eingerichtet. Insbesondere steuert die Steuerungseinheit 300 die Versorgungseinheit 200 und damit die Spannung und/oder den Strom, der zwischen den Elektrodenanschlusstücken 105-1, 105-2, 105-3, 105-4 jeweils anliegt, so dass das vorab beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann. Durch die als Vorwiderstände verwendeten Widerstände 201, 202 lässt sich bei Materialien mit höherem Flächenwiderstand und damit höherer Heizleistung, wie beispielsweise ITO, die Heizzeit verlängern, etwa um Zeit für die Thermalisierung des Bauelements 100 zu gewinnen. Wird hingegen als Elektrodenmaterial einer als Heizelement ausgebildeten Elektrode ein gut leitendes Material wie beispielsweise Aluminium verwendet, hat sich gezeigt, dass die Temperaturerhöhung in einem Zeitraum von einigen 10 Sekunden erfolgen kann, in dem das Bauelement bereits thermalisiert ist.
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Die Versorgungseinheit 200 und die Steuerungseinheit 300 können auch als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Versorgungseinheit 200 Teil der Steuerungseinheit 300 sein. Weiterhin kann die Licht emittierende Vorrichtung 1000 und insbesondere die Steuerungseinheit 300 mit einem externen Temperatursensor 400 verbunden sein, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist, über den die Umgebungstemperatur gemessen werden kann, so dass das organische Licht emittierende Bauelement 100 vor oder während eines Betriebszustands zur Lichterzeugung in der oben beschriebenen Weise je nach Signal des Temperatursensors 400 geheizt werden kann. Für den Fall, dass die Licht emittierende Vorrichtung 1000 in einem Kraftfahrzeig betrieben wird, kann es sich beim Temperatursensor 400 um den bereits im Kraftfahrzeug üblicherweise vorhandenen Temperatursensor handeln.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Licht emittierende Vorrichtung 1000 gezeigt, die im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 2 zusätzlich einen oder zwei Sensoren 120, 121 aufweist, die beispielsweise als Temperatursensor und/oder als Helligkeitssensor ausgebildet sein können. Mittels der Sensoren 120, 121 kann in Abhängigkeit der erzeugten Helligkeit und/oder der Bauelementtemperatur die Ansteuerung des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 erfolgen. Ein Helligkeitssensor kann beispielsweise in Form einer organischen Fotodiode ausgebildet sein und in diesem Fall den gleichen Schichtaufbau wie der organische funktionelle Schichtenstapel mit den Elektroden des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 aufweisen. Durch geeignete Strukturierung der Schichten des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 ist es somit möglich, einen Helligkeitssensor aus einem identischen Material elektrisch entkoppelt und optisch angekoppelt an den organischen funktionellen Schichtenstapel herzustellen. Weist das organische Licht emittierende Bauelement 100 mehrere Leuchtsegmente auf, ist auch möglich, mehrere oder jedes dieser Leuchtsegmente mit einem entsprechenden Helligkeitssensor auszurüsten.
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In 4 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Scheinwerfer 2000 gezeigt, der eine Licht emittierende Vorrichtung 1000 gemäß den vorherigen Ausführungsbeispielen aufweist. Der Scheinwerfer 2000 kann beispielsweise als Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein, etwa als Rücklicht oder Frontscheinwerfer eines Automobils oder Motorrads. Weiterhin kann der Scheinwerfer auch als stationäre Beleuchtungseinrichtung, beispielsweise für Außeneinsätze, ausgebildet sein.
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Die Licht emittierende Vorrichtung 1000 und damit insbesondere das organische Licht emittierende Bauelement 100 kann somit als Lichtquelle, insbesondere als selbstheizende Lichtquelle, im Scheinwerfer verwendet werden. Beispielsweise kann der Scheinwerfer ein Gehäuse aufweisen, in dem zumindest das organische Licht emittierende Bauelement oder auch die gesamte Licht emittierende Vorrichtung 1000 angeordnet ist. Die zum Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements, also etwa die Versorgungs- und/oder Steuerungseinheit, können auch somit innerhalb oder außerhalb des Scheinwerfergehäuses angeordnet sein.
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Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele können zusätzlich oder alternativ auch weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/066245 A1 [0020]
- WO 2014/067853 A1 [0030]
- WO 2009/095006 A1 [0043]
- WO 2010/108894 A1 [0043]