Glossar

Seit der ersten Begegnung ist die OLED-Technologie sowohl Faszination als auch Leidenschaft für uns und wir sind davon überzeugt, dass OLEDs aufgrund ihrer revolutionären Eigenschaften ein breites Publikum überzeugen werden. Mit dem vorliegenden Glossar möchten wir einige dieser Grundbegriffe näher beleuchten und diese dem interessierten Laien möglichst anschaulich und praxisorientiert näherbringen. Das Glossar erhebt dabei keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Anregungen und Verbesserungsvorschläge sind jederzeit willkommen.


Inhalt


Elektrotechnische Grundlagen

Beim Bau einer OLED-Beleuchtungslösung führt kein Weg an einigen elektrotechnischen Grundbegriffen vorbei. Da wir unmöglich die Grundlagen der Elektrotechnik in einem Paragraph abhandeln können, möchten wir allen Interessierten folgenden Vorschlag unterbreiten:

  1. Für alldiejenigen, deren Stärken eher in Design und Gestaltung als in der Elektrotechnik legen, möchten wir die Nutzung der OLEDs durch fertige Plug&Play-Angebote so einfach wie möglich gestalten.
  2. Professionelle Anwender mit Erfahrung im Beleuchtungssektor möchten wir dazu ermutigen, uns auftauchende Fragen rund um den Betrieb der OLEDs zuzusenden. Wir haben ein Netzwerk von kompetenten Partnern um im Einzelfall auch kundenspezifische Lösungen anbieten zu können, möchten aber auch eine möglichst breite Wissensbasis rund um die OLED-Technologie aufbauen.

Ein guter Überblick über einige wichtige Grundbegriffe findet sich hier.

Für alldiejenigen, die sich tiefer mit der Materie beschäftigen wollen, möchten wir auf einige tolle Online-Kurse hinweisen – erhältlich allerdings nur in englischer Sprache. Der große Vorteil hier besteht im Austausch mit Gleichgesinnten und Experten und sollte eine gute Grundlage für weiterführendes Selbstlerner bieten.

Zu beachten ist, dass die Angebot zeitlich variieren können und nicht immer verfügbar sein müssen, Genaueres findet sich auf den Seiten des Anbieters.

Ein sehr ausführliches und gut verständliches Lernprogramm in deutscher Sprache findet sich hier.


Lichttechnische Grundlagen

Als kleinen Einstieg in die Optik und die Wahrnehmung von Licht durch das menschliche Auge empfehlen wir folgende kurze Videos, veröffentlicht von Dave Standard/ Southern California Edison.


Farben

Obwohl die klassische Farbenlehre vielen Menschen eher wenig vertraut ist, haben doch die meisten von uns ein instinktives Verständnis von der “Qualität” der Farbwiedergabe künstlicher Beleuchtungsquellen. Den interessierten Leser möchten wir an dieser Stelle auf eine tolle Videoserie von Craig Blackwell Einführung in die Farbenlehre (Englisch) hinweisen.:

RGB - Lichtquelle

Bei einer RGB-Lichtquelle wird weißes Licht durch die Überlagerung aller drei Grundfarben Rot, Grün und Blau erzeugt.

  1. RGB-Lichtquelle bestehend aus je einer roten, grünen und blauen Lichtquelle
  2. Eine blaue Lichtquelle mit einem gelben Filtermaterial (siehe weiße LEDs)

Bezüglich Farbwiedergabe hat eine RGB-Lichtquelle immer Vorteile, da ihr weißes Licht alle drei Grundfarben enthält. Technisch lässt sich diese Variante allerdings nur als OLED optimal herstellen, eine LED-basierte RGB-Lichtquelle hat hier eine Reihe fundamentaler, technischer Nachteile.


Farbart (Chromaticity)

Unter Farbart versteht man die Zusammenfassung von Farben nach unterschiedlichen Farbtönen und Sättigung, allerdings unabhängig von der Helligkeit. Ein guter Überblick hierzu findet sich auf Wikipedia.


Normfarbtafeln (Chromacity Diagram)

Viele Datenblätter geben den Farbton der Lichtquelle in XY-Koordinaten an. Dem zugrunde liegt das CIE-Normfarbsystem der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) auf Gundlage der Farbwahrnehmung des menschlichen Auges. Weiterführende Informationen hierzu bietet Wikipedia.

Siehe auch: Farben


Farbtemperatur (CCT)

Weißes Licht wird üblicherweise durch die Farbtemperatur unterschieden. Diese auf den ersten Blick etwas seltsam anmutende Vorgehensweise kann auf die Erfindung der Glühbirne zurückgeführt werden. Der Wolfram-Glühfaden einer 60W-Glühbirne erreicht nach dem Einschalten eine Temperatur von ca. 2700K und wird physikalisch als Schwarzkörper bezeichnet, d.h. ab einer bestimmten Temperatur emittiert er Licht mit einer ganz spezifischen Wellenlänge. Eine tolle Erklärung des Konzepts findet sich in Steve Standard’s Video zum Thema Farbtemperatur:

Die Farbtemperatur wird in Kelvin (K) angegeben. Für klassische OLED-Beleuchtungen wird oft weißes Licht eingesetzt. Dabei typische Farbtemperaturen sind:

  • 2700-3300K = Warmweiß (d.h. das Licht einer klassischen Glühlampe)
  • 4000K = Neutralweiß (d.h. das Licht einer Leuchtstoffröhre)
  • >5000K = Kaltweiß oder Tageslichtweiß

Farbtemperaturen um die 3000K werden üblicherweise für Wohnraumbeleuchtungen genutzt, während Neutralweiß und Kaltweiß im Bereich der kommerziellen Beleuchtung (also z.B. Geschäfte) üblicher sind.

Für weiterführende Informationen verweisen wir auf Wikipedia.


Farbwiedergabeindex (CRI)

Der CRI-Wert einer Lichtquelle wird oft als Indikator für die Qualität des Lichtes herangezogen: je höher der Wert des CRI, desto natürlicher wirkt das erzeugte Licht auf den Betrachter. Tatsächlich handelt es sich um einen Indexwert, der eine bestimmte Lichtquelle (z.B. eine OLED) mit einer definierten Referenzlichtquelle (z.B. Tageslicht mit einer Farbtemperatur >5000K) vergleicht. Vergleicht man in diesem Beispiel zwei OLEDs mit einem CRI 80 und einem CRI 90 miteinander, so liegt das Licht der OLED mit CRI 90 näher am Tageslicht als das der OLED mit CRI 80. Aufpassen sollte man, wenn dieser Sachverhalt von Leuchtenanbietern in die Marketingsprache übersetzt wird. Zu lesen ist dann oft, dass ein höherer CRI besser sei, weil das Licht natürlicher auf den Betrachter wirke. Kann man die Formel aber wirklich darauf verkürzen: je höher der CRI einer Lichtquelle, desto besser ist das Licht?

Es gibt eine Reihe von Aspekten, die in ihrer Gesamtheit unserem Gehirn signalisieren, dass eine bestimmte Farbe „gut“ ist oder „schlecht“. Einige werden mit dem CRI gut repräsentiert, andere wie beispielsweise die Farbsättigung weniger gut. Da das menschliche Gehirn aber beispielsweise dazu neigt, Farben mit höherer Sättigung als qualitativ “besser” einzustufen, kann eine Beurteilung der Farbqualität nur auf Grundlage des CRI teilweise irreführend sein. So wurde beispielsweise experimentell nachgewiesen, dass mitunter das Licht einer Lichtquelle mit CRI<70 vom Beobachter besser bewertet wurde als das einer anderen Lichtquelle mit CRI>80. Anschaulich und sehr detailliert ist dieser Sachverhalt in folgendem Video von Olino.org dokumentiert:

Wikipedia: https://de.wikipedia.org/wiki/Farbwiedergabeindex


Farbqualitätsskala (CQS)

Das Konzept der Farbqualitätsskala wurde aufgrund der Limitierungen des Farbwiedergabeindexes im Bezug auf die Beurteilung der Farbqualität entwickelt. Die vom amerikanischen National Institute of Standards and Technology (NIST) entwickelte hat gerade in Bezug auf die Beurteilung der Lichtqualität von OLEDs einige Vorteile gegenüber dem klassischen CRI.

Eine sehr gute Gegenüberstellung beider Metriken findet sich in folgendem Video von Olino.org:

Anzumerken ist allerdings, dass CQS immer noch ein Schattendasein fristet, während der CRI auf dem Datenblatt fast jeder Lichtquelle zu finden ist.


Binning

Binning ist ein in der Halbleiterindustrie oft verwendeter Ausdruck, der durch die Verbreitung der LED-Technology auch im Beleuchtungssektor an Bedeutung gewonnen hat. Gemeint ist die Klassifizierung eines bestimmten Produktionsloses anhand definierter Parameter. So ist es in einem fiktiven Produktionslos von 2000 LEDs beispielsweise möglich, dass die Farbtemperatur zwischen 2700K und 3300K schwankt, der Kunde allerdings seine LEDs maximal in einer Bandbreite von +/- 100K geliefert haben möchte. Zur Lösung des Problems werden alles LEDs des Loses am Ende des Produktionsprozesses automatisch vermessen und statistisch klassifiziert, sodass in diesem Fall beispielsweise das Los von 2000 LEDs drei Farbtemperaturklassen unterteilt würde. (Ein Verzicht auf die Klassifizierung würde zu einer drastischen Erhöhung es Ausschusses und damit auch des Preises der LED führen.) In der LED-Industrie übliche Binning-Parameter sind:

  • Forwärtsspannung
  • Farbe/ Farbtemperatur
  • Leuchststärke

LED-Lampe
LED-Lampe mit fünf LEDs

Praktisch lässt sich die Bedeutung des Binnings für eine Beleuchtungsapplikation gut an folgendem Beispiel verdeutlichen. In der abgebildeten LED-Lampe werden fünf LEDs eingesetzt. Da alle fünf LEDs relativ nah beieinander platziert sind, ist es wichtig, dass beispielsweise die Farbtemperatur nicht zu weit auseinanderliegt. Warum? Zu große Abweichungen werden vom menschlichen Auge wahrgenommen und aufgrund der natürlichen Vorliebe für Homogenität als „qualitativ minderwertig“ bewertet. Große Abweichungen in der Leuchtstärke können dazu führen, dass der Leuchtkegel der Taschenlampe sehr ungleichmäßig erscheint und nicht gleichförmig rund (und überall hell) wie gewünscht.


Fab

Das englische Wort “Fab” ist eine oft genutzte Bezeichnung für Fertigungsstätten in der Halbleiterindustrie. In diesem Zusammenhang wird auch oft eine Kategorisierung in Generationen vorgenommen, wobei jeder Generation für eine bestimmte Produktionskapazität steht. Wenn man also in der Presse liest, dass ein OLED-Hersteller eine neue Fab der 4. Generation baut, verbindet sich damit eine bestimmte Maximalgröße des Trägersubstrates, auf dem die OLEDs gefertigt werden. Praktisch bedeutet dies beispielsweise, dass einer Fab der 2. Generation mit jedem Fertigungsdurchlauf maximal drei OLED-Panel der Größe 320x110 mm herstellbar sind. Folglich wirkt sich eine Vergrößerung des Trägersubstrates preissenkend aus.

Häufig verwendete Fab-Bezeichnungen und zugehörige Maximalgrößen des Trägersubstrats für die OLED-Fertigung sind:

  • Generation 2: 370x470 mm
  • Generation 3.5: 620x750 mm
  • Generation 4.5: 730x920 mm
  • Generation 5: 1100x1300 mm
  • Generation 5.5: 1300x1500 mm
  • Generation 8: 2160x2400 mm
  • Generation 8.5: 2200x2500 mm

Alle Hersteller von OLEDs für Beleuchtungsanwendungen nutzen derzeit eine Fab der 2. Generation (oder niedriger).


MacAdam Ellipse

MacAdam-Ellipse

Der amerikanische Physiker David MacAdam entwickelte in den 1940er Jahren eine heute weit verbreitete und nach ihm benannte Methode zur Klassifizierung von Farbunterschieden. Kernidee dabei ist die Kategorisierung von Farben anhand der Wahrnehmung des menschlichen Auges. Dabei sind alle Farbtöne innerhalb einer MacAdam-Ellipse für das menschliche Auge nicht zu unterscheiden.

Die am häufigsten genutzte Variante ist die 7-stufige MacAdam-Ellipse. Dabei gilt, dass zwei Farbtöne kaum voneinander zu unterscheiden sind, wenn sie innerhalb von vier Stufen der MacAdam-Ellipse liegen. Sind beide Farbtöne gar innerhalb von zwei MacAdam-Stufen gruppiert, kann das menschliche Auge keinen Unterschied zwischen beiden wahrnehmen.

Ein praktisches Beispiel hierfür sind die OLED-Panel von LG Display, die standardmäßig mit einem 4-stufigen MacAdam-Binning geliefert werden. Bei einem Array von mehreren OLED-Paneln sollte somit der durchschnittliche Beobachter kaum Farbunterschiede zwischen den einzelnen OLEDs wahrnehmen können. Auf Anfrage bietet LG Display übrigens auch noch engere Binning-Varianten an.

Siehe auch: Binning, Normfarbtafel.

Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/MacAdam_ellipse


Lebensdauer

Das Datenblatt spezifiziert die Lebensdauer von OLEDs meist mit LT70 oder LT90. Ein Wert von 40.000 h für LT70 bedeutet beispielsweise, dass die OLED nach Ablauf von 40.000 Betriebsstunden noch mit einer Helligkeit von 70% des Ursprungswertes strahlt. Die Lebensdauer einer OLED steht dabei in unmittelbarem Zusammenhang mit der angelegten Stromstärke sowie dem erzeugten Lichtstrom. Zur richtigen Bewertung der im Datenblatt angegebenen Lebensdauer LT70 ist es daher sinnvoll, alle drei Größen im Zusammenhang zu betrachten.

Als Anschauungsbeispiel soll hierzu das LG Display OLED-Panel LL055RS1-64A1-OY1 dienen. Laut Datenblatt hat diese OLED bei einem erzeugten Lichtstrom von 75lm und einer angelegten Stromstärke von 150mA einen Wert von 40.000 Betriebsstunden für LT70. Sollten die 75lm Helligkeit allerdings für die gewünschte Applikation nicht ausreichen, so ist es problemlos möglich diese OLED mit 150% der angegebenen Stromstärke, d.h. 225mA zu betreiben. Da Lichtstrom und Stromstärke in proportionalem Verhältnis zueinander stehen, würde sich in diesem Beispiel die Abstrahlhelligkeit auf 112lm erhöhen. Dabei ist zu beachten, dass eine Erhöhung der Stromstärke mit einer Verringerung der Lebensdauer einhergeht. Bezogen auf unser Beispiel würde sich für eine Erhöhung des Stromes um 50% eine Halbierung der Lebensdauer auf 20.000h ergeben.

Aus Sicht eines Leuchten-Designers kann es durchaus sinnvoll sein, mit den drei aufgeführten Parametern der OLED zu experimentieren. Wenn man sich beispielsweise eine OLED-Lösung für eine klassische Schreibtischlampe vorstellt, so kann es durchaus sinnvoll sein über einen Stufendimmer eine Option mit 200% des im Datenblatt angegebenen Stromes bei doppelter Helligkeit vorzusehen. Die Lebensdauer der Lampe würde sich bei Einsatz eines LG Display Panels somit von 40.000h auf ca. 13.500h reduzieren. Wenn man eine durchschnittliche Nutzungsdauer von 3h pro Tag unterstellt, so würde die Lampe trotzdem erst nach 13,5 Jahren auf 70% der Ursprungshelligkeit zurückfallen – aus kaufmännischer Sicht ein durchaus überlegenswerter Kompromiss.


Physikalische Einheiten (lm, cd, lx, cd/m², lm/W)

Lichtstrom (lm)

Der in Lumen (lm) gemessene Lichtstrom ist eine oft genutzte Größe zur Beschreibung der Helligkeit einer Lichtquelle. Zunächst ist festzuhalten, dass die durch den Lichtstrom spezifizierte Helligkeit nach der Empfindlichkeit des menschlichen Auges gewichtet ist. Dies ist wichtig, da unser Auge die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau in verschiedenen Wellenlängen unterschiedlich stark wahrnimmt.

Unter dieser Rahmenbedingung ist der Lichtstrom somit ein Maß für die abgegebene Lichtmenge einer Lichtquelle in alle Abstrahlrichtungen, unabhängig davon ob diese Winkel für die Applikation nutzbar sind oder nicht.

Für weiterführende Informationen empfehlen wir Wikipedia.

Lichtstärke (cd)

Die Lichtstärke ist ein Helligkeitsmaß und gibt an, wie sich der Lichtstrom über einen bestimmten Raumwinkel verteilt. Der Unterschied zum Lichtstrom wird an einer klassischen Leselampe deutlich. Die Lichtstärke misst nur denjenigen Teil des Lichtstroms, der die kreisrunde Fassung der Lampe verlässt und nach unten scheint. Somit kann der Wert für die Lichtstärke bei gleicher Lichtquelle erhöht werden, indem man beispielsweise ein anderes Lampendesign mit größerem Abstrahlwinkel verwendet.

Für weitere Informationen empfehlen wir Wikipedia.

Beleuchtungsstärke (lx)

Die Beleuchtungsstärke gibt an, welcher Teil des erzeugten Lichtstroms auf eine bestimmte Fläche fällt. Sie wird demzufolge mit lm/m2 oder Lux (lx) angegeben. Die Höhe der Beleuchtungsstärke hängt dabei stark vom Aufbau der Leuchte ab. So ist beispielsweise der Abstand zwischen Leuchte und zu beleuchtender Fläche entscheidend, je größer der Abstand desto geringer die Beleuchtungsstärke. Die Beleuchtungsstärke taucht oft in Anforderungen für Innenbeleuchtung auf. Weitere Informationen finden sie auf Wikipedia.

Leuchtdichte (cd/m²)

Die Leuchtdichte in Candela/m2 ist ein Maß für die Flächenhelligkeit, mit der das menschliche Auge eine Lichtquelle wahrnimmt. Die Größe wird häufig für Displayanwendungen eingesetzt und da OLEDs technisch Displays sehr ähnlich sind, ist sie auch in OLED-Produktbeschreibungen zu finden. Da sich für Punktlichtquellen die Lichtstärke besser eignet zur Charakterisierung der Helligkeit, ist die Leuchtdichte für den Bereich der klassischen Innenbeleuchtung bisher wenig verbreitet.

Für weitere Informationen empfehlen wir Wikipedia.

Lichtausbeute (lm/W)

Die Lichtausbeute ist ein oft genutztes Maß für die Effizienz von Lichtquellen. Wiedergegeben wird das Verhältnis von Lichtstrom zu angelegter elektrischer Leistung. Die in OLED-Produktbeschreibungen beispielsweise oft zu findende Lichtausbeute von 60 lm/W gibt somit an, dass die OLED für jedes Watt angelegter elektrischer Leistung einen Lichtstrom von 60 lm abgibt.

Für weitere Informationen empfehlen wir Wikipedia.

Siehe auch: Praxisbeispiel Helligkeitsgrößen, Praxisbeispiel Effizienz


Praxisbeispiel Helligkeitsgrößen

Eine handelsübliche 40W Glühbirne wird auf dem Etikett üblicherweise mit einem Lichtstrom von 400lm ausgewiesen. Diese Angabe ist aber nur teilweise hilfreich, da wie auf dem Bild zu sehen ist, in vielen Applikationen nur ein Teil des Abstrahlwinkels der Glühbirne direkt genutzt wird. Für die abgebildete Leseleuchte geht somit von den 400lm Lichtstrom der Lichtquelle ein guter Teil durch Reflektion innerhalb des Gehäuses verloren. Man kann also davon ausgehen, dass bei allen Lichtquellen, die wegen ihrer Blendwirkung nicht offen genutzt werden können (z.B. LED) die angegebene Helligkeit der Lichtquelle immer wesentlich höher ist als die der Applikation, in der sie eingebaut wird. Da den Nutzer aber am Ehesten interessiert, welche Helligkeit aus der Lampe nutzbar für ihn ankommt, bietet sich im Fall der Leselampe eine andere Größe als Referenz für die Helligkeit an: die Lichtstärke in Candela (Cd).

Für OLED-Panel wird häufig der Lichtstrom als Referenzgröße genutzt. Da die OLED im Gegensatz zu anderen Lichtquellen aber offen, d.h. ohne Reflektoren, Linsen o.ä. einsetzbar ist, kann man bei einer nach diesem Prinzip designten OLED-Leuchte prinzipiell die Helligkeit der Applikation mit der der Lichtquelle gleichsetzen. Dieser Aspekt ist wichtig bei der Auswahl der Beleuchtungstechnologie zwischen OLED und LED beispielsweise, da für Letztere im Gegensatz zur OLED noch Helligkeitsverluste durch die notwendige Abschirmung der Lichtquelle einzurechnen sind.

Übliche Leselampe
OLED-Lampe Sky

Siehe auch: Praxisbeispiel Effizienz, Physikalische Einheiten


Praxisbeispiel Effizienz

Die Lichtausbeute ist eine häufig genutzte Größe zur Kennzeichnung der Effizienz von Lichtquellen wie LEDs oder OLEDs. Es gilt dabei zu beachten, dass Lichtquellen in Applikationen unterschiedlich eingesetzt werden. Wichtig für den Verbraucher ist am Ende in erster Linie die Effizienz der Applikation und weniger die der Lichtquelle, die eingesetzt wird. Deutlich wird dieser Unterschied an folgendem Beispiel. Die Abbildungen zeigen jeweils eine Leseleuchte allerdings mit verschiedenen Lichtquellen: einerseits die klassische Glühbirne, andererseits ein OLED-Panel.

Betrachtet man nun die Lichtausbeute, so wird die Glühbirne an sich mit ca. 10 lm/W angegeben. Die OLED dagegen rangiert im Bereich von 60 lm/W. Tauscht man jetzt aber die Glühbirne durch eine Retrofit-LED-Birne aus (also LEDs in einer Glühbirnenfassung), so lassen sich auch Lichtausbeuten von 80 lm/W und mehr erzielen. Entscheidend allerdings ist der tatsächliche Einsatz der Lichtquelle in der Leuchte. Da die Birne aufgrund der Blendwirkung in ein Gehäuse eingepasst ist, bleibt von den ursprünglichen 400 lm Lichtstrom der Birne nutzbar deutlich weniger übrig. Die Lichtausbeute der Leuchte ist somit geringer als die der Birne, da die elektrische Leistung zum Betrieb unabhängig davon ist, ob die Birne eine Fassung hat oder nicht. Bei der OLED-Leuchte auf der anderen Seite ist die Situation anders. Da OLEDs aufgrund ihrer diffusen Lichtverteilung offen eingesetzt werden können, ist die Lichtausbeute der Leuchte identisch mit der des OLED-Panels.

Übliche Leselampe
OLED-Lampe Sky

Für weitere Informationen empfehlen wir folgendes kleine Video von Dave Standard zum Thema Licht:

Siehe auch: Praxisbeispiel Helligkeitsgrößen, Physikalische Einheiten