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Immer einen Schritt voraus

OLED-Beleuchtungen vor der Marktreife

23. September 2015

In der neuesten Generation von TV-Monitoren sowie insbesondere in Smartphones und Tablets sind OLEDs bereits seit einiger Zeit angekommen. Nun sind die ersten Beleuchtungs-Produkte auf OLED-Basis für die industrielle Bildverarbeitung verfügbar.

Organische Leuchtdioden, kurz OLEDs, sind flache, homogene und energieeffiziente flächenhafte Beleuchtungselemente. Ihre herausragende Eigenschaft besteht in ihrer extrem dünnen Bauweise und einer flächigen Abstrahlcharakteristik, die sie von bisherigen Lichtquellen grundlegend unterscheidet. Zudem benötigen sie keine Diffusoren, um eine homogene Ausleuchtung zu erzeugen, und erfordern im Gegensatz zu LED-Beleuchtungen auch kein aufwendiges Thermomanagement. Diese Eigenschaften bedeuten für den Anwender weniger Aufwand und eine längere Lebensdauer.

Während sich die OLED-Technologie in Consumer-Produkten, vor allem bei Flachbildfernsehgeräten, Smartphones und Tablets bereits als gängiger Standard etabliert hat, waren OLED-Beleuchtungen in der Bildverarbeitung bis vor kurzem noch Zukunftsvision. Nun erreicht die Technologie Marktreife: Das Aalener Unternehmen hema electronic hat zu Beginn des Jahres 2015 als erstes OLED-Produkt die Backlight-Serie seelectorLUX OLED vorgestellt, die über STEMMER IMAGING vertrieben wird.

Diese von 0 bis 100 Prozent dimmbaren Backlights mit einer Leuchtfeldfläche von 102 x 102 mm² bei Abmessungen von 142 x 123 mm² und nur 2,5 mm Höhe zeichnen sich durch eine sehr hohe Homogenität und Farbtreue aus. Sie arbeiten mit einer Farbtemperatur von 2500 bzw. 2900 K und weisen einen relativ hohen Color Rendering Index von 80 auf. Dieser CRI-Wert oder auch Farbwiedergabeindex beschreibt, wie stark die Farbwiedergabe einer Beleuchtung vom Ideal des Tageslichts abweicht. Ein hoher CRI-Wert bedeutet eine bessere Farbwiedergabe und führt zu Vorteilen für Farbanwendungen. Typischerweise lassen sich mit OLEDs CRI-Werte über 90 erzielen, so dass sich OLED-basierte Beleuchtungen besonders gut für Einsatzfälle z.B. in der Druckindustrie oder ganz besonders in medizinischen Anwendungen eignen. Für Ärzte ist es wichtig, dass die Farben der aufgenommen Bilder der Realität möglichst nahe kommen, um sichere Diagnosen erstellen zu können.

Weitere Merkmale der ersten OLED-Beleuchtungen von hema electronic sind ihr Lichtstrom von bis zu 300 Lumen, eine Betriebstemperatur von +5 °C bis +40 °C sowie die 24 Volt-Spannungsversorgung der intelligenten OLED-Controllerbox, die mit Netzteil bereitgestellt wird. Weitere Beleuchtungskomponenten wie Tunnelbeleuchtungen und Koaxiallichter sind laut hema in Vorbereitung.

Doch nicht nur hema electronic treibt seine OLED-Aktivitäten voran, auch international wird intensiv an der Weiterentwicklung der Technologie gearbeitet, wie Dr. Gotthard Weißflog vom Netzwerkmanagement OLAB in Jena unterstreicht: „Die Massenfertigung von organischen Leuchtdioden für Beleuchtungsanwendungen hat bei OLEDWorks/Philips und LG Chem begonnen. Weitere Firmen aus Deutschland wie z.B. Osram sowie aus Japan, China, Taiwan und den Vereinigten Staaten werden bald folgen. Dies wird zu einer weiteren Preisreduzierung der OLED-Bauelemente führen.“ Hieraus ergeben sich nach Weißflogs Überzeugung auch neue Geschäftsmöglichkeiten für die industrielle Bildverarbeitung, da diese zwingend zur Automatisierung und Qualitätssicherung der Massenfertigung erforderlich ist.

Ähnlich wie bei LEDs wird es nicht „die eine“ OLED geben, so Weißflog: „Beispielsweise ist LG Chem bei den großen Formaten führend und bietet inzwischen ein OLED-Panel mit einer Abmessung von 32 cm x 32 cm an. Philips stellt anderseits OLEDs mit einer Beleuchtungsstärke bis zu 10000 cd/m² mit einer sehr geringen Farborttoleranz her.“

Erste flexible OLEDs können inzwischen bei Konica Minolta und LG Chem geordert werden. Durch das starke Interesse der Automobilindustrie an flexiblen OLEDs wird diese Entwicklungsrichtung nach Weißflogs Überzeugung in den nächsten Jahren sprunghaft verlaufen. „Flexible OLEDs vereinfachen bzw. ermöglichen die Entwicklung und Herstellung von 3D-Formen mit flächenhafter Beleuchtung. Hier sind innovative Systemlösungen denkbar“, so Weißflogs Vision.

Er zeigt eine weitere Entwicklungsrichtung auf: „Transparente OLEDs, die im eingeschalteten Zustand in eine Richtung leuchten, werden bisher nur als Labormuster angeboten. Sie zeigen aber grundsätzlich die neuen Möglichkeiten für kompakte Gesamtsysteme auf, die aus Kamera, Optik und Beleuchtung bestehen.“

„Aufgrund ihrer interessanten Merkmale werden OLED-Beleuchtungen in der industriellen Bildverarbeitung schon in naher Zukunft zunehmend zum Einsatz kommen“, lautet auch die Einschätzung von Dr. Tobias Henzler. Der Vertriebsmitarbeiter von STEMMER IMAGING unterstützt die Weiterentwicklung der OLED-Technologie gemeinsam mit Dr. Weißflog und weiteren OLAB-Netzwerkern und hat die neuesten Beleuchtungen eingehenden Tests im Labor des Puchheimer Unternehmens unterzogen.

Zu den wesentlichen Ergebnissen seiner Untersuchungen zählt die herausragende Überblitzbarkeit der OLED-Beleuchtungen, berichtet Dr. Henzler: „Übliche LED-Module lassen sich bis zu einem Faktor von 10 oder maximal 15 überblitzen, d.h. mit einem um diesen Faktor höheren Strom betreiben, was eine kurzzeitig hellere Lichtabstrahlung zur Folge hat.“ Die getesteten OLED-Beleuchtungen konnten hingegen bis zum Faktor 90 überblitzt werden und erzeugten so ein extrem helles Licht, wie es für anspruchsvolle Anwendungen benötigt wird. „Dieser Faktor 90 bedeutet nicht, dass OLEDs nicht für eine noch höhere Überblitzung geeignet wären, aber er stellt für die handelsüblichen Blitz-Controller das Limit dar“, erläutert Dr. Henzler.

„Der Wirkungsgrad nimmt hierbei zwar ab“, so Dr. Henzler weiter, „und es war uns von vorneherein klar, dass eine Verdoppelung der Stromstärke keine Verdoppelung der Helligkeit zur Folge haben kann, doch der Abfall war weit geringer als erwartet.“ Setzt man den Wirkungsgrad der OLEDs im Normbetrieb mit 100 % an, so lag er bei 90-facher Überblitzung immerhin noch bei rund 50 %. „Wir haben in unseren Tests keine Langzeituntersuchungen gemacht und können daher nicht sagen, ob sich der Betrieb von OLEDs in diesem Bereich der hohen Überblitzung negativ auf deren Lebensdauer auswirkt.“ Die Testergebnisse sind laut Dr. Henzler jedoch vielversprechend und lassen vermuten, dass OLED-Beleuchtungen sich zu einer interessanten Alternative zu LEDs in der Bildverarbeitung entwickeln können.

Dafür spricht laut Henzler noch ein zweites Ergebnis: „Da OLEDs als eine Leuchtfläche arbeiten, entsteht im Gegensatz zu den punktuell leuchtenden LEDs kein Hotspot. Dies erleichtert das Thermomanagement in der Anwendung erheblich.“

Video: Einführung in das Thema OLED

Hema

Aalen, Germany

Die seit 1978 in Aalen ansässige hema electronic GmbH bietet eine breite Produktpalette an Komponenten und Systemen für die industrielle Bildverarbeitung. Ein wichtiger Bereich ihres Produktspektrums umfasst die LED-Beleuchtungstechnik.