Anwendungen für die OLED Für die OLED ist das Auto eine anspruchsvolle Umgebung

Autor / Redakteur: M. Dworzak und W. Pohlmann * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Die OLED im Auto bietet durch ihr homogenes Licht und dank eines flexiblen Substrats neue Designmöglichkeiten. Allerdings kommt es auf die Verkapselung an, damit die aktiven Schichten geschützt sind.

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Anspruchsvolle Umgebung: Die OLED-Turbine im OLED-Heckleuchtendemonstrator.
Anspruchsvolle Umgebung: Die OLED-Turbine im OLED-Heckleuchtendemonstrator.
(Hella)

Es ist nicht überliefert, ob die Entwickler der ersten organischen Leuchtdiode im Jahr 1987 [1] bereits eine zukünftige Anwendung ihrer neuen Lichtquelle im Automobil im Sinn hatten, doch ist es inzwischen sehr wahrscheinlich, dass genau dort die ersten in Serie gefertigten OLED-Beleuchtungsprodukte zu finden sein werden. Das liegt vor allem daran, dass in der Allgemeinbeleuchtung der große Durchbruch der OLED trotz deutlich zuversichtlicher Prognosen in der Vergangenheit noch immer auf sich warten lässt. Während die OLED-Technologie im Display-Bereich bereits unaufhaltsam auf dem Vormarsch ist, steckt die OLED als Lichtquelle nach wie vor in den Kinderschuhen. Ein Hauptgrund sind die immer noch deutlich zu hohen Kosten.

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Ein kurzer Abriss der OLED-Technik

Eine OLED besteht im einfachsten Fall zunächst aus einem transparenten Substrat, das aus Glas oder Kunststoff sein kann. Hinzu kommt ein ebenso transparentes und gleichzeitig elektrisch leitendes Material wie ITO – Indium-Zinn-Oxid, um es zu beschichten. Auf dieser flächigen Elektrode wird ein Stapel ultra-dünner organischer Halbleiterschichten mit einer Gesamtdicke von weniger als 100 nm aufgebracht. Das kann durch Verdampfen, Spin-Coating oder Tintenstrahldruck geschehen.

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Die 2½-dimensionale OLED als Heckleuchte

OLED-Leuchte: 2½-D-OLED-Heckleuchten-Prototyp in Kooperation mit BMW, Hella und LG Chem.
OLED-Leuchte: 2½-D-OLED-Heckleuchten-Prototyp in Kooperation mit BMW, Hella und LG Chem.
( Hella )
OLEDs werden aktuell größtenteils auf flachem Glassubstrat abgeschieden. Dieses Material bietet den besten Schutz der OLED gegen äußere Einflüsse, es schränkt das OLED-Design allerdings auf zweidimensionale Formen ein.

Der nächste logische Technologieschritt ist daher die Integration von flexiblen OLEDs in das Automobil. HELLA entwickelt dazu Technologien, um aus flexiblen OLEDs starre 2½-dimensional geformte OLED-Module zu erzeugen. Der Begriff der 2½ Dimensionen steht hierbei für dreidimensional ausgedehnte Formen, die aber immer noch auf zweidimensionale Formen abgerollt werden können. Beispiele für 2½-dimensionale Formen sind Zylinder- und Kegelflächen, bzw. Ausschnitte aus diesen. Ein 2½-dimensionales OLED-Modul erhält man, indem man dazu eine flexible OLED auf einen gebogenen starren Träger aufbringt. Erste Entwicklungsergebnisse zur Integration flexibler OLEDs in eine Heckleuchte wurden bereits in einem Designmuster umgesetzt. Dazu wurde ein Heckleuchten-Prototyp mit 28 unterschiedlich gebogenen OLED-Modulen bestückt. Die OLEDs verwenden als Substrat einen transparenten Kunststoff, der minimale Biegeradien bis zu 10 mm erlaubt.

Eine zweite flächige Elektrode, oft eine Metallschicht, schließt den OLED-Stapel ab. Ähnlich der anorganischen LED hat die Halbleiterstruktur die Aufgabe, positive und negative Ladungen zu den Licht emittierenden Schichten zu transportieren, wo diese dann strahlend rekombinieren und ihre Energie unter Aussendung von Licht abgeben. Die aus dem flächenförmigen Charakter der OLED resultierenden Designfreiheiten verschaffen dieser Lichtquelle ein Alleinstellungsmerkmal.

Lichtexperten und Designer bei Hella erkannten frühzeitig das Potenzial und beteiligten sich aktiv an deren Weiterentwicklung. Schwerpunkte sind neben technischen Faktoren wie Lichttechnik, Elektronik oder Aufbau- und Verbindungstechnik das Design und eine unter Automotive-Gesichtspunkten robuste Systemintegration.

Der Einsatz einer OLED im Automobil

Bei der Wahl geeigneter OLED-Anwendungen sollen die photometrischen Eigenschaften optimal ausgenutzt werden. Aufgrund ihres Charakters als Flächenlichtquelle und den damit verbundenen limitierten Leuchtdichten von einigen Tausend cd/m² sowie der meist annähernd Lambertschen Winkelverteilung des emittierten Lichts eignen sich OLEDs für den Einsatz im Innenraum als ambiente Beleuchtung, Akzentebeleuchtung und in der automobilen Signalbeleuchtung als Schlusslicht, Bremslicht oder Fahrtrichtungsanzeiger.

Die Heckleuchte nutzt die OLED vor allem als Designelement. Hervorzuheben ist einerseits die Unterteilung der OLED-Leuchtflächen in mehrere Segmente als zusätzliches gestalterisches Mittel. Andererseits ist es hier durch die dreidimensionale Anordnung der sonst zweidimensionalen Glas-OLEDs gelungen, die durch das Leuchtmittel neu gewonnenen Styling-Möglichkeiten optimal auszunutzen und ein Design zu schaffen, das mit keiner anderen Lichtquelle möglich wäre.

Eine OLED-Innenleuchte nutzt dagegen neben den erwähnten gestalterischen Möglichkeiten einen weiteren Vorteil der OLED, die Lichtqualität. Hier dient die OLED als beleuchteter Schminkspiegel. Das den Betrachter beleuchtende angenehm warmweiße Licht wird nicht nur homogen aus dem Randbereich des OLED-Spiegels emittiert, sondern besitzt auch einen hohen Farbwiedergabewert. Die OLED-Technologie stellt Entwickler und Designer jedoch vor verschiedene Herausforderungen. Unter anderem werden die organischen Materialien einer OLED durch Feuchtigkeit und Sauerstoff zerstört und müssen daher hermetisch verkapselt werden. Die Durchlässigkeit dieser Verkapselung ist ein wesentlicher Faktor für die Lebensdauer der OLED.

Weitere die Lebensdauer begrenzende Eigenschaften sind die Empfindlichkeit gegenüber Sonneneinstrahlung und erhöhten Temperaturen. Grundlegende Voraussetzung für einen erfolgreichen Einsatz dieser neuen Technologie im Automobil ist deren Zuverlässigkeit. Dieses Thema lässt sich grob in zwei Bereiche unterteilen: Die Zuverlässigkeit des Leuchtmittels selbst und dessen robuste Integration ins Automobil.

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