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OLED in der Fahrzeugbeleuchtung

Enorme Möglichkeiten

4. Februar 2016, 11:29 Uhr | Von Werner Thomas, Reiner Lendle und Philipp Rabenau

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Ausblick und Zukunftspotenzial

Der Fortschritt bei der OLED-Technologie vollzieht sich rasant – auch durch die treibende Kraft von Audi. Dabei wird an vielen verschiedenen Eigenschaften parallel gearbeitet.

Lichtausbeute und Leuchtdichte

So wie sich vor einigen Jahren die LED-Technik rasant entwickelt hat, vollzieht sich auch in der OLED-Technik ein schneller Fortschritt in puncto Effektivität und Leuchtdichte. In der Fahrzeugbeleuchtung ist hier vor allem der Fortschritt bei der Leuchtdichte von großer Bedeutung. Durch höhere erzielbare Leuchtdichten werden neben der Schlusslicht-Funktion sehr bald auch weitere Funktionen in OLED-Technologie möglich werden. Der nächste Schritt nach dem Schlusslicht ist das Bremslicht. Fahrtrichtungsanzeiger und Tagfahrlicht werden folgen und so das Erscheinungsbild der Fahrzeugbeleuchtung nachhaltig weiter positiv verändern. Der breite Abstrahlwinkel der OLEDs führt auch im Bremslicht und Fahrtrichtungsanzeiger zu einer noch besseren Erkennbarkeit des Fahrzeuges und damit zu mehr Sicherheit im Straßenverkehr.

Flexibilität

Während herkömmliche OLEDs auf einem Glassubstrat gefertigt werden und somit starr sind, wird mit Hochdruck daran gearbeitet, OLEDs auch auf flexiblen Grundsubstraten zu fertigen. Die theoretisch möglichen Lösungen sind vielfältig. So bietet sich neben extrem dünnem und damit in gewissen Bereichen flexiblem Glas auch die Aufbringung auf dünne Metallfolien an. Sehr großes Potenzial haben Lösungen, bei denen die OLED auf eine Kunststofffolie aufgebracht wird. Hier ist die Verkapselung der OLED – um die Lebensdauer nicht zu beeinträchtigen – eine besondere Herausforderung. Diese Anwendung bietet jedoch sehr große Chancen in Hinblick auf die Designfreiheit, aber auch auf die Kostenreduzierung, da eine automatisierte Rolle-zu-Rolle-Fertigung möglich ist.

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Audi arbeitet hier seit einiger Zeit an Konzepten, um die Vorteile dieser Zukunftstechnologie weiter voranzutreiben und optimal zu nutzen. Mitte 2015 wurde hierzu die Audi-OLED-Zukunftsstudie „OLED flexible“ veröffentlicht (Bild 9).

Bei dieser Heckleuchte, die im Rahmen des BMBF-Forschungsprojektes „R2D2“ in Zusammenarbeit von Audi mit Osram und Hella entstand, wurde ein komplettes 3D-OLED-Modul aus nur einer einzigen flexiblen OLED hergestellt, die durch intelligente Biegung um verschiedene Achsen zu einem 3D-Körper geformt wurde. Der leuchtende 3D-Körper ist so ausgestaltet, dass er keinerlei zusätzliche Optiken oder Reflektoren benötigt, um von allen Betrachtungswinkeln gut erkennbar zu sein und die gesetzlichen Vorgaben für die Ausleuchtung sogar zu übertreffen. Neben diesem Beitrag zur Sicherheit trägt der 3D-Körper auch optimal zur Fahrzeuggestaltung bei, indem neben den OLED-Vorteilen Homogenität und Präzision vor allem auch die Leichtigkeit der Technologie gut zur Geltung kommt.

OLED 3D

Einzelne Forschungsprojekte gehen noch einen Schritt weiter. Hier wird an Lösungsansätzen gearbeitet, echte dreidimensionale OLEDs herzustellen. Dreidimensional geformtes Glas ist für die OLED-Fertigung eine besondere Herausforderung. Das liegt daran, dass die hauchdünnen Schichten, aus denen die OLED gefertigt wird, sehr gleichmäßig auf die Geometrie aufgetragen werden müssen. Gelingt jedoch dieser Technologiesprung, dann bedeutet dies nochmals einen Schritt weiter in Bezug auf weitere Designmöglichkeiten und erlaubt ein sehr hochwertiges Erscheinungsbild. Einen ersten Ausblick auf diese Technik zeigt die Audi-Designstudie des BMBF-Projektes „OLED 3D“ mit den Partnern Automotive Lighting und Philips (Bild 10).

OLED farbeinstellbar

Aktuelle, kommerziell erhältliche OLEDs strahlen immer die gleiche, durch das Material der Emitterschicht vorgegebene, Farbe ab. Künftige OLED-Generationen werden aus mehreren übereinander liegenden Emitter-Schichten bestehen, die jeweils separat angesteuert werden können. Damit lassen sich je nach Intensität der Ansteuerung der verschiedenen farbigen Schichten beliebige Lichtfarben der OLEDs einstellen.

OLED transparent

Weitere sehr interessante Möglichkeiten für das Design und neue Anwendungen ergeben sich durch transparente OLEDs (Bild 11). Die technische Herausforderung liegt dabei u.a. darin, die üblicherweise aus einer Aluminium-Schicht bestehende und damit verspiegelte Kathode so auszuführen, dass diese transparent ist. Transparente OLEDs geben ihr Licht normalerweise in beide Richtungen ab. Je nach Anwendungsfall hat dies Vorteile, z.B. für das Design, kann aber auch störend wirken, wenn Licht in ungewollte Bereiche abgestrahlt wird. Eine Herausforderung besteht hier darin, durch den OLED-Aufbau festzulegen, wie viel Licht in welche Richtung abgestrahlt wird.

Zu beachten ist dabei, dass die Transparenz der OLED in der Regel durch den Schichtaufbau reduziert ist, d.h. die OLED hat z.B. eine Transparenz von nur 30 Prozent, was bei Funktionen, bei denen eine ungehinderte Durchsicht erforderlich ist, zu Problemen führen kann.

OLED-Hochleistungs-Display

Weit in die Zukunft blickt die Audi-Designstudie „The Swarm“ (Bild 12). Hier wird der gesamte Heckbereich des Fahrzeuges von einem dreidimensionalen mehrfarbigen Hochleistungs-Display gebildet. Durch die Kombination der Themen Hochleistungs-OLED mit der Display-Technologie und der im Forschungsstadium befindlichen OLED-3D-Technologie ergeben sich völlig neue Ansätze. Das komplette Fahrzeugheck kann entsprechend neu gestaltet werden. Die Informationsübertragung an den nachfolgenden Verkehr wird wesentlich besser, da sich die Leuchtflächen situationsabhängig verändern können. Dies kann neben der neuen Freiheit für die Designer auch wesentlich zu einer erhöhten Sicherheit im Straßenverkehr beitragen. Fahrzeugindividualisierungen könnten künftig über Software-Änderungen möglich werden.

Wie bereits schon eingangs ausgeführt: Die Möglichkeiten für dynamische und interaktive Lichtfunktionen auf OLED-Basis sind enorm.

Die Autoren

Philipp Rabenau, M.Sc.
ist seit 2014 Doktorand in der Abteilung Innovationen Licht/Sicht der Audi AG. Dort beschäftigt er sich mit neuen Halbleitertechnologien für den Automobilbau und zukünftigen Heckleuchtenkonzepten.

Dr. Werner Thomas
hat 2014 an der TU Delft, Niederlande, auf dem Gebiet Leistungselektronik für LED-Lichtsysteme im Automobil promoviert. Seit 2012 arbeitet er in der Abteilung Innovationen Licht/Sicht der Audi AG und ist dort Projektleiter für Innovationsthemen, im Besonderen für OLED-Lighting.

Dipl.-Ing. Reiner Lendle
arbeitet seit 2001 bei der Audi AG in Ingolstadt und war dort unter anderem als Projektleiter für die Entwicklung des ersten Voll-LED-Serienscheinwerfers verantwortlich. Aktuell ist er Projektleiter in der Abteilung Innovationen Licht/Sicht und nimmt die Schnittstellenfunktion zwischen Design und Lichtvorentwicklung wahr.