Produkt: Professional System 04/2019
Professional System 04/2019
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Die etwas andere Lichtquelle

Wie funktioniert OLED?

Was kann die ultraflache Lichtquelle wirklich und warum scheint die Entwicklung derzeit nahezu still zu stehen?

OLED(Bild: LG-Display)

 

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Inhalt dieses Basic-Artikels:


Bereits in den 50er-Jahren wurde die Möglichkeit entdeckt, aus organischen Materialien Licht zu erzeugen. Bis heute hat sich viel getan und die OLED-Technik ist aus vielen Anwendungen nicht mehr wegzudenken. Doch die Möglichkeiten der LED-Technik laufen dieser nach wie vor interessanten Möglichkeit Licht zu erzeugen, aus unterschiedlichen Gründen den Rang ab. Insbesondere was die Eigenschaften der OLED als Lichtquelle angeht, gibt es derzeit Hürden, die nicht nur auf den Eigenarten dieser Lichtquelle beruhen.

Die Technik

Die OLED (organic light emitting diode) besteht aus mehreren Schichten organischer, halbleitender Materialien. Diese werden aus kleinen Molekülen (smOLED) bzw. zunehmend auch aus langkettigen Polymeren (pOLEDs) gefertigt. Der Aufbau entspricht demx Sandwichprinzip (als Trägermaterial wird dabei oftmals Glas verwendet), wobei sich die organischen Schichten zwischen zwei großflächigen Elektroden befinden, einer negativ geladenen Aluminiumschicht und einer positiv geladenen Indiumzinnoxid-Schicht. Dadurch entsteht im Gegensatz zu anderen Lichtquellen eine homogene Lichtfläche, wie sie sonst nur durch physikalische Lichtlenkung oder entsprechend dichte Anordnung erreicht wird. Die Farbe des ausgesendeten Lichts kann durch Variation der Farbstoffmoleküle gezielt verändert werden und hängt vom Energieabstand zwischen angeregtem und Grundzustand ab.

Unterschiedliche organische Materialien finden hierbei Verwendung: Polymere (PLED, polymer light emitting diode), Derivate von Poly(p-phenylen-vinylen) (PPV) und Farbstoffmoleküle die eine vielfach höhere Effizienz als die fluoreszierenden Moleküle versprechen. Eine besondere Eigenart und auch ein entscheidender Vorteil gegenüber anderen Lichtquellen ist die Tatsache, dass OLEDs großflächig auch auf drucktechnischem Wege herzustellen sind. Die daraus resultierende Kostenersparnis liegt in der Verwendung der elektrisch leitenden farbgebenden Schichten, die in einem modifizierten Tintenstrahldruckverfahren bzw. im Offsetdruck aufgebracht und ohne Reinraum-Bedingungen anschließend beschichtet werden können. Das Resultat in Bezug auf Displays sind ultraflache Lichtflächen mit einem extrem hohen Kontrast, die ohne Hintergrundbeleuchtung auskommen. Dadurch verbrauchen OLEDs für die Darstellung dunkler Bilder im Vergleich zu anderen Techniken weniger Energie.

Die Reaktionszeit von OLED-Bildschirmen liegt bei einigen Geräten unter einer Mikrosekunde und ist damit wesentlich schneller als ein LCD-Display mit einer Millisekunde. Die flache Bauweise der einzelnen Leuchtschichten ermöglicht zudem die Verwendung flexibler Trägermaterialien, was eine Verformung der eigentlichen Lichtquelle ermöglicht und somit auch runde, bzw. gebogene Flächen als Leuchte oder Display Verwendung finden können.

Lichttechnische Eigenarten der OLED

Durch die Erzeugung des flächigen Lichtes fällt die notwendige Beleuchtungsstärke, gerechnet auf einen Vergleichswert einer kleinen LED, wesentlich geringer aus, so dass das Licht aufgrund der Blendfreiheit deutlich angenehmer empfunden werden kann. Das Licht wirkt weicher, da homogener und durch die Spektralverteilung nahe am Sonnenlicht ohne vergleichbare UV-Anteile sehr natürlich. Ebenso sind die geringen Blauanteile bei weißem Licht von Vorteil, da sie unseren Stoffwechsel bzw. biologischen Rhythmus nicht unkontrolliert beeinflussen.

Bezüglich des Energieverbrauchs liegen OLEDs zwar über den aktuellen Werten von LED-Lichtquellen, jedoch sind die Messungen noch immer deutlich besser, als dies bei konventioneller Lichttechnik der Fall ist. Mit einem Gewicht von nur wenigen Gramm ermöglichen die hauchdünnen und auf Wunsch biegsamen OLEDs den Produktdesignern bisher ungeahnte Gestaltungsmöglichkeiten.

Weiterhin erlaubt das natürlich diffuse Licht einen offenen Einsatz der Lichtquelle – ideal für Applikationen mit geringem Abstand zwischen Lichtquelle und Betrachter. Auch Leuchten, die im Besonderen flächiges Licht benötigen – wie zum Beispiel wegweisende Notbeleuchtung – sind für den Einsatz besonders geeignet.

OLED Integration in Glasregale zur Produktpräsentation
Die filigranen OLED-Module bieten außergewöhnliche Einsatzmöglichkeiten, wie beispielsweise die Integration in Glasregale zur Produktpräsentation. (Bild: LG Display)

Wermutstropfen gegenüber der modernen LED-Technik ist allerdings die geringere Lebensdauer (~ 10.000 Stunden), die unter anderem durch die hohe Empfindlichkeit gegenüber Luft und Feuchtigkeit begründet ist. Intelligente Systeme regeln die schwindende Lichtstärke des Alterungsprozesses nach, der insbesondere die blauen OLEDs betrifft, so dass auf Kosten der Energieeffizienz auch längere Zeiten möglich sind. Jedoch fällt diese grundsätzlich schon geringer aus. In Kombination mit den höheren Herstellungskosten verliert die OLED im direkten Werte-Vergleich zur LED.

Zu den geometrischen Standardmodulen bietet LG Display auch flexibel biegbare OLEDs an. Das verwendete Plastiksubstrat ermöglicht dabei einen Biegeradius von bis zu 20 mm und erlaubt bisher ungeahnte Designmöglichkeiten bei der Gestaltung von Beleuchtungslösungen.
Zu den geometrischen Standardmodulen bietet LG Display auch flexibel biegbare OLEDs an. Das verwendete Plastiksubstrat ermöglicht dabei einen Biegeradius von bis zu 20 mm und erlaubt bisher ungeahnte Designmöglichkeiten bei der Gestaltung von Beleuchtungslösungen.

Klassische Anwendungsfelder von OLED

Durch den geringen Stromverbrauch, der auch durch die fehlende Notwendigkeit einer Hintergrundbeleuchtung begründet ist, die flache Bauform und die guten Kontrastwerte eignen sich OLED-Displays besonders für akkubetriebene Geräte wie etwa Smartphones, Tablets und Digitalkameras; aber auch im Automotiv-Bereich finden sich sinnvolle Anwendungen. Hier können die Vorteile nutzenorientiert ausgespielt werden und bieten der Technik nach wie vor mögliche Einsatzgebiete.

89 OLED-Panels
89 OLED-Panels sorgen bei der Leuchte Peacock vom Designbüro Iondesign in den unterschiedlichen Einstellphasen für ein homogenes und weiches Licht. (Bild: IONDESIGN GmbH)

Auch auf die Fläche bezogen größere Anwendungen wären durchaus möglich und sinnvoll, aufgrund der Preisdifferenz zur klassischen LED-Technik jedoch oftmals nicht marktgerecht, da die stetige Entwicklung der Konkurrenzlichtquelle ungebremst weiter geht und die Vorteile der OLED, die bei weitem nicht die gleiche Aufmerksamkeit der Industrie genießt, somit strategisch in den Schatten rückt. Doch wenn es auf flache Bauformen, mechanische Flexibilität und homogene Lichtdarstellung ankommt, so wäre die OLED an sich die erste Wahl.

OLED und Beleuchtungslösungen

Die OLED als Lichtquelle für Leuchten zu nutzen, liegt natürlich nahe. Nach dem Durchbruch der LED-Technik demonstrierten Designer und Hersteller die Möglichkeiten dieser extravaganten Lichtquelle. Extrem filigrane Leuchten mit angenehm weichem und flächigem Licht waren das Ergebnis und sorgten durchaus für den ein oder anderen WOW-Effekt.

OLED(Bild: LG Display)OLED(Bild: LG Display)

Da im Laufe der Lichtrevolution insbesondere in den ersten Jahren Energieeffizienzwerte, Lichtausbeute und höchstmögliche Leistungsdaten im Vordergrund des Produktvergleichs standen und somit die K.o.-Kriterien definierten, konnte die OLED an diesem Entwicklungspunkt nicht für den notwendigen Durchbruch sorgen. Denn die gemessenen Top-Werte werden inzwischen von der LED-Technik dominiert und lassen alle anderen optionalen Lichtquellen im Rennen um die besten Leistungswerte weit abfallen. Dabei hinkt dieser Vergleich, wenn man die Lichtquellen und ihre Anwendungsspezifikationen näher betrachtet und nicht nur die technischen Fakten miteinander vergleicht. Nach heutigem Stand wird eine OLED niemals einen hocheffizienten Shopstrahler oder eine Arbeitsplatzleuchte sinnvoll ersetzen können. „Sinnvoll“ in dem Sinne, dass das Preis-/Lichtausbeuteverhältnis einfach zugunsten der LED-Technik ausfällt. Theoretisch wären auch klassische Projektleuchten mit OLED-Technik zu realisieren, jedoch würden diese im Kosten-Nutzen Vergleich deutlich verlieren. Und es bleibt nach wie vor fraglich, ob die OLED überhaupt jemals für diese Anwendungsfelder geeignet ist, bzw. ob deren außergewöhnliche Eigenarten nicht auf ganz andere Art und Weise zur Anwendung finden sollten. Es macht nur wenig Sinn, Leuchten mit dieser Technik auszustatten, wenn die Anforderungen auch von einer normalen LED zu erfüllen sind.

Hängeleuchte Iris mit OLED-Modul
Die Hängeleuchte Iris wirkt wie eine irisierende Seifenblase. Als Leuchtmittel und gleichzeitige Aufhängung dient ein OLED-Modul. (Bild: Alexander Schwarz)

Und genau an dieser Stelle kommen das Design und die Lichtqualität zum Tragen. Die positiven Eigenschaften (Materialstärke, Drucktauglichkeit und mechanische Flexibilität) sollten so eingesetzt werden, dass diese sinnvoll und einzigartig angewendet werden. Es macht keinen Sinn, sich dem Vergleich zu stellen, wenn die Technik an dieser Stelle nur verlieren kann, anstelle neuer Wege zu beschreiten, welche die Vorteile nutzen und effektvoll einsetzen. Denn die OLED-Technik bietet für einen bestimmten Bereich ein herausragendes Potential: Effektbeleuchtung. Nicht zwangsläufig im Sinne von „bunter RGB-Steuerung“, sondern eher in Hinblick auf die formale Gestaltung neuer Lichtquellen. Transparente Glasscheiben, die in den Abendstunden beginnen zu leuchten, Wände, Decken und Böden, die sich als homogene Lichtflächen entpuppen und gebogene flexible Formen, die Licht abstrahlen, wie man es von keiner anderen Lichtquelle her kennt. Diese Kernkompetenzen gilt es zu nutzen, um die OLED an der Seite der LED zu platzieren – nicht darüber und auch nicht darunter. Denn bei der OLED handelt es sich um eine weitere und keine neue Lichttechnik.

Leuchten mit OLED-Technik

Vor allem junge Unternehmen und Designer beschäftigen sich gerne mit der OLED-Technik und arbeiten mit den positiven Eigenschaften, um ihre außergewöhnlichen Vorstellungen von zukünftigem Leuchtendesign zu verwirklichen. Dabei behindert verständlicherweise der Kostenfaktor so manche Produktstudie, so dass die Entwicklungen an die am Markt befindlichen Module angepasst werden müssen. Trotzdem fallen die Entwürfe nicht weniger interessant aus und so hat es manche Designstudie durchaus zur Marktreife und der Serienproduktion geschafft. Dabei sind Schmuckelemente, wie beispielsweise das leuchtende Amulett „MyOLED“ von der Manufaktur benwirth aus München ebenso wie die komplette Leuchtenserie „Oviso“ von Ribag, bestehend aus Wand-, Decken-, Pendel- und Tischleuchten, zu nennen, die ein hohes Maß an Gestaltungsfreiheit und die Einbindung von OLED-Beleuchtung in nahezu jedes Ambiente erlauben. Bezüglich der Steuerungsthematik bietet der Hersteller sowohl Standardvarianten mit oder ohne Dimmfunktion an, als auch die Option einer berührungslosen Sensorik für eine interaktive Gestensteuerung.

Modulleuchte Gaya von Bart Bouman mit OLED-Modulen
Bei der Modulleuchte Gaya von Bart Bouman wurden edle Materialien in Verbindung mit hochwertigen OLED-Modulen verwendet. (Bild: Alexander Schwarz)

Das russische Unternehmen Lighting Technologies hat ebenfalls eine komplette Serie mit den Pendelleuchten Nature OLED, Infinity, Gracias, Motion und der Tischleuchte Jim entwickelt, die in Zusammenarbeit mit einer Reihe internationaler Designer entstanden ist. Eine irisierende Beschichtung des OLED-Moduls sorgt bei der Pendelleuchte Iris von Neo/Craft für den Effekt sich ständig verändernder Farben des Lichtes und seiner Reflexionen. Diese Leuchte wurde entsprechend dem Innovationspotential mit diversen Designpreisen ausgezeichnet.

OLED als Display in Smart Devices
Ein klassisches Anwendungsfeld von OLED ist der Einsatz als Display in Smart Devices. (Bild: Asacyan/Wikipedia)

Die Leuchten Oledrian vom Designer Piotr Jagiełłowicz bestechen durch asketische Eleganz in einer Symbiose von abstrakter Form und funktionsbetonter Gestaltung und orientieren sich an den Arbeiten von Piet Mondrian und der de Stijl-Bewegung. Die verwendete OLED-Beleuchtung sorgt für eine gemütlich warme Hintergrundbeleuchtung bei einer Helligkeit von mehr als 1.000 lm. Ganze 89 OLED-Module bilden den stilisierten Leuchtenschirm der Leuchte Peacock vom Designbüro Iondesign aus Berlin und verleihen dieser eine voluminöse und großzügige aber auch leichte Erscheinung. Der eigentliche Clou ist die mechanische Verstellbarkeit, was die Deckenleuchte zu einem auffälligen Lichtobjekt modifiziert. Durch Verschieben des Mittelteils, der die einzelnen OLED-Module an filigranen Stäben hält, verändert sich nicht nur die äußere Erscheinung der Leuchte, sondern auch die primäre Lichtwirkung im Raum.

Leuchtendesign Oviso
Das von Daniel Kübler für Ribag gestaltete Leuchtendesign Oviso ermöglicht durch seinen modularen Aufbau ein hohes Maß an Flexibilität und Funktionalität. (Bild: Ribag GmbH)

Das Design der Leuchte Gaya von Bart Bouman wurde auf der letzten Light + Building 2016 vorgestellt und besticht durch seine klare Formensprache und die stilvolle Verbindung von Funktion und Ästhetik. Zwei OLEDs werden mit Hilfe eines Schiebemechanismus entlang der Hülle heraus geschoben. Das einzelne „Y”-Modul lässt sich als Tisch-, Wand- oder in Kombination mit mehreren Elementen als Stehleuchte einsetzen. Die Grundidee des Bézier-Konzepts von Barry Lock besteht in einer einfachen, flexiblen und zugleich portablen Beleuchtungslösung für den modernen Arbeitsplatz, der dank aktueller Technik immer weniger an ein festes Büro gebunden sein muss. Der Name dürfte dabei an den mathematischen Begriff der Bézier- Kurve angelehnt sein. Die einzelnen Halterungen lassen sich durch eingebaute Magnete flexibel befestigen. Gleichzeitig sorgen die eingesetzten biegbaren OLEDs für eine individuelle Note bei der endgültigen Formgebung durch den Nutzer. Die Leuchte kann durch eine integrierte Batterie autark betrieben und aufgrund des geringen Verbrauchs der OLEDs auch über USB geladen werden.

Oledrian Pendelleuchte des Designers Piotr Jagiełłowicz
Die Oledrian Pendelleuchte des renommierten Designers Piotr Jagiełłowicz wurde mit dem IF Design Award 2016 ausgezeichnet. (Bild: AQUAFORM SP. Z O.O.)

Als Global-Player widmet sich LG Display nach wie vor der OLED-Technik und bietet für die Leuchtenindustrie und deren Produktentwicklungen in erster Linie Module an, um diese auf kostengünstigere Art und Weise in Leuchtendesigns zu implementieren. Dabei entstehen auch immer wieder neue eigene Leuchtenstudien, die teilweise von externen Designern konzipiert wurden. Doch selbst in anspruchsvollen und dekorativen Projektbereichen haben OLEDs von LG Display bereits Verwendung gefunden.

Ausblicke in die Zukunft

Der faszinierenden Wirkung und Erscheinung von OLED-Modulen und Leuchten kann man sich nur schwer entziehen. Das mag zum einen an den ungewohnten Maßen, bzw. der extrem flachen Bauform liegen, zum anderen aber auch an der soften Lichtwirkung, die gleichwohl bejubelt wie auch kritisiert wird. Verabschiedet man sich von dem nackten Vergleich der Leistungswerte zwischen LED und OLED und lässt den Möglichkeiten dieser Lichttechnik Raum zur Entfaltung, so besteht durchaus Hoffnung, dass es hier in naher Zukunft zu Weiterentwicklungen von neuen Anwendungsbereichen und futuristischen Designs kommen kann.

Einen etwas anderen Weg geht das Fraunhofer- Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, ein Anbieter von Forschung und Entwicklungsdienstleistungen auf dem Gebiet der organischen Elektronik, der auf der LOPEC 2018 in München erstmals ein OLED Lighting Design Sample Kit vorstellte. Neben den ästhetischen Gestaltungsmöglichkeiten der OLED-Technologie sollen mit diesem Licht-Kit auch die funktionalen Möglichkeiten verdeutlicht werden, welche die OLED-Technologie auch in der Medizintechnik oder Analytik bietet, um beispielsweise Beleuchtung (OLED) und Sensorik (OPD) auf einem Bauteil zu integrieren und somit neue Anwendungen zu ermöglichen. Auch LG Display forscht weiter an der OLEDTechnik und hat hier schon beinahe eine Vorreiterrolle übernommen, was Modultechnik und die Verdeutlichung von unterschiedlichen Anwendungsfeldern angeht.

Auch wenn die Absatzzahlen bislang gewiss nicht mit denen der LED-Technik zu vergleichen sind, so bieten die extravaganten Nischenbereiche dennoch Potenzial, um hier erfolgreich zu agieren. Vorurteile, Berührungsängste und vor allem die teils unsinnigen Vergleiche zwischen so unterschiedlichen Lichttechniken müssen abgebaut werden, um der spannenden Technik für die Zukunft den Weg zu ebnen.

Weblinks:


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Produkt: Professional System 03/2019
Professional System 03/2019
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