Querschnitt 21 / Februar 2007 - h_da: Hochschule Darmstadt

QUERSCHNITT 21
Abbildung 10 • Flugfeldbefeuerung aus Sicht des Piloten und Draufsicht auf eine
entsprechende Unterflur-Leuchte (Inset).
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Abbildung 11 • Lichtstärkeverteilung einer Flugfeldbefeuerungsleuchte und
Vergleich mit ICAO-Sollvorgaben (Ellipsen) und Ist-Linien (Isocandelalinien)
Abbildung 12 • Zur Optimierung des PE-Scheinwerfers wurde ein Diffraktives Optisches Element (DOE) auf die Rückseite der Projektionslinse gebracht.
Hierdurch wird der Farbsaum der Hell-Dunkelgrenze reduziert (erkennbar auf den Meßstreckenbildern). Man erhält jedoch eine moderate Erhöhung des Streulichtanteils
im Dunkelbereich (erkennbar an den Simulationsergebnissen).
���
ohne DOE mit DOE
Meßstrecke
Simulation
Abbildung 13 • Das Beleuchtungssystems eines Datenprojektors (als Teil der
gesamten Optik, Inset) bestehend aus Reflektor (1), Integratorplatten (2,3)
und Polarisationskonverter (4). Ebenfalls dargestellt ist der Verlauf einiger
Lichtstrahlen (5).
Kompetenz Lichttechnik und Beleuchtungstechnik an der h_da
Im Gegensatz zu der bekannten LED ist die OLED (engl. „organic
light emitting diode“) ein großflächiges, aus mehreren
Schichten bestehendes Bauelement (siehe Abbildung 1), bei
der das lichtemittierende Material nicht eine dotierte Galliumverbindung
ist, sondern ein organischer, dotierter Halbleiter
(Kohlenstoffverbindung).
Zurzeit konkurrieren zwei Arten von Emittermaterialien: die
niedermolekularen organischen Verbindungen (small molecules)
und die langkettigen Polymere, welche hauptsächlich aus
Derivaten von Poly-Phenylen-Vinylen bestehen.
Abbildung 15 zeigt den prinzipiellen Schichtaufbau einer OLED.
Wie bei der LED werden durch Anlegen einer äußeren, elektrischen
Spannung über die Kathode Elektronen und über die
Anode Löcher in den organischen Halbleiter injiziert. Durch die
Kräfte des elektrischen Feldes driften diese Ladungsträger
durch das organische Material, treffen im günstigen Fall aufeinander
und bilden Elektronen-Lochpaare (Exzitonen), welche
beim Zerfall Photonen emittieren. Um eine effiziente Injektion
der Ladungsträger zu gewährleisten und die Wahrscheinlichkeit
der Exzitonenbildung zu erhöhen, werden bei der OLED
mehrere dünne Schichten mit unterschiedlichen Materialien
verwendet.
Leider wirkt das gesamte Schichtsystem wie ein optischer Interferenzfilter
(vergleichbar mit einer Reflexschicht im Reflektor
einer Halogenlampe) und sorgt im ungünstigsten Fall dafür,
dass nur ein Bruchteil der emittierten Photonen die OLED verläßt.
Aufgrund des großen Brechungsindexunterschieds am
Übergang zwischen dem Substrat und der Luft werden die
Photonen, welche unter einem großen Winkel auf die Grenzfläche
treffen, total reflektiert und wie in einem Wellenleiter in
der OLED geführt. Anschließend koppeln sie an den Stirnseiten
aus (siehe Abbildung 1) oder werden vorzeitig absorbiert. Diese
beiden Effekte sorgen dafür, dass nur ca. 20 Prozent der emittierten
Photonen die OLED verlassen. Eine Kernaufgabe der
Arbeiten an der h_da ist es, Modifikationen der Schichten und
Oberflächen der OLED zu entwickeln, welche zu einer Erhöhung
der Photonenausbeute führen, um so die OLED bei gleicher
elektrischer Leistung effizienter zu machen.
Prinzipiell bietet das Funktionsprinzip der organischen Leuchtdiode
das Potenzial, flexible und dünne Leuchtmittel mit großen
Abmaßen zu realisieren. Dabei ermöglicht die chemische
Variabilität der Polymere verschieden farbige Leuchtmittel zu
produzieren. Gerade weiß emittierende OLEDs, bestehend aus
drei Emittern (rot, grün und blau), weisen ein gleichmäßigeres
Spektrum als eine weiße LED auf und besitzen deswegen viel
bessere Farbwiedergabeeigenschaften. Alle diese Faktoren
machen die OLED zu einem sehr interessanten und innovativen
Leuchtmittel mit vielerlei Anwendungsgebieten angefangen
von der Designerleuchte für Innenraumbeleuchtungen (Abbildung
16) bis hin zu Active-Matrix Displays.
Die zweite Kernaufgabe der h_da im Rahmen des „HOBBIT“-
Projekts ist die lichttechnische Evaluation (Simulation und
Lichtmesstechnik) der OLEDs für weitere Anwendungsfelder
im Bereich der Außen- und Innenbeleuchtung (Abbildungen 9
und 16).
5 • Zusammenfassung
Gute Beleuchtung spielt eine ganz entscheidende
Rolle in unserem Alltag. Die Kompetenz Licht-
technik und Beleuchtungstechnik an der h_da
unterstützt mit ihren Werkzeugen die Prüfung
und Entwicklung moderner Leuchten und Leucht-
mittel im Rahmen der studentischen Ausbil-
dung und von ö�entlichen und Industrie-Entwick-
lungsprojekten.
FACHBEREICH MATHEMATIK UND NATURWISSENSCHAFTEN
Abbildung 14 • Beleuchtungsstärkeverteilung in der LCD-Ebene eines Datenprojektors
mit Integratorsystem (ASAP-Grafik)
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