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Lichttechnische und technologische Aspekte zur Dimensionierung adaptiver OLED Schlussleuchten im Automobil

Rabenau, Philipp (2020):
Lichttechnische und technologische Aspekte zur Dimensionierung adaptiver OLED Schlussleuchten im Automobil.
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.25534/tuprints-00011766,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Lichttechnische und technologische Aspekte zur Dimensionierung adaptiver OLED Schlussleuchten im Automobil
Language: German
Abstract:

Die organische Leuchtdiode (OLED) hat sich seit kurzer Zeit zur LED Alternative in Fahrzeugheckleuchten entwickelt. Dies zeigt unter anderem der Einsatz der Lichtquelle als Schlusslicht im Audi TT RS und A8, BMW M4 GTS oder dem Mercedes S-Klasse Coupé und Cabriolet. Die technologischen und lichttechnischen Aspekte für die effiziente Nutzung des Leuchtmittels sowie Fragen der Helligkeitswahrnehmung bleiben hingegen in der Forschung bisweilen weitestgehend ungeklärt. In der vorliegenden Arbeit wird eine Methodik zur effizienten Entwicklung von OLED Schlussleuchten vorgestellt. Hierbei wird insbesondere auf die photometrische und kolorimetrische Auslegung eingegangen. Beispiele zeigen, dass sich durch eine winkelabhängige Abstrahlcharakteristik der OLED sowohl wahrnehmbare Leuchtdichtedifferenzen als auch Farbortunterschiede in der Heckleuchte ergeben. Im Falle eines 2,5D Designs können mehrere Leuchtflächen für eine gewählte Perspektive unter unterschiedlichen Winkeln erscheinen. Für eine Perspektive treten somit unterschiedliche Leuchtdichten und Farborte innerhalb eines Designs auf. Im untersuchten Fall sind die hierbei wahrnehmbaren Inhomogenitäten höher einzuschätzen als jene innerhalb der Leuchtflächen. Für den Einsatz in der Heckleuchte kommen diverse OLED Architekturen in Frage. Neben Bottom und Top Emittern auf Glas Substraten wurden im Rahmen dieser Arbeit ebenso Bottom Emitter mit Kunststoff Substrat hinsichtlich ihrer photometrischen und kolorimetrischen Eigenschaften untersucht. Zwischen gerichteter Abstrahlcharakteristik (Top Emitter) und somit effizienter Erfüllung der gesetzlichen Bestimmungen für den Straßenverkehr sowie geringer Winkelabhängigkeit von Leuchtdichte und Farbort (Bottom Emitter) besteht eine technologisch bedingte gegenläufige Abhängigkeit. Je nach Applikation in der Heckleuchte und einsehbarem Winkelbereich empfiehlt sich demnach eine Entscheidung über die Wahl der Architektur. Zur Erforschung der optimalen Helligkeit von homogenen Schlussleuchten wurden drei Untersuchungen durchgeführt. Hierbei wurde der Einfluss des Beobachtungsabstandes, der Leuchtflächengröße, der Leuchtflächengeometrie sowie der Signalgeschwindigkeit im Falle dynamischer Schlusslichtsignale untersucht. Zur Minimierung der Störeinflüsse und Gewährleistung reproduzierbarer Bedingungen fanden die Versuche in einem völlig abgedunkelten Lichtkanal statt. Die Ergebnisse lassen bei der Wahrnehmung von Schlusslichtsignalen auf die Existenz eines Nahbereiches und eines Fernbereiches ab ca. 30m schließen. Im Nahbereich steigt die optimale Helligkeit der Schlussleuchte mit der Beobachtungsentfernung an. Für den Fernbereich wird eine konstante Schlusslichtleuchtdichte zwischen 864cd/m² und 1430cd/m² empfohlen. Die ermittelten Werte für das dynamische Signal liegen fast durchgängig unterhalb jener für das statische Schlusslicht. Eine Ausnahme bildet in den Untersuchungen der Wert bei einer Winkelgeschwindigkeit von 18°/s. Dieser Geschwindigkeitsbereich sollte daher bei der Auslegung zukünftiger dynamischer Schlussleuchten vermieden werden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The organic light emitting diode (OLED) has recently evolved into an alternative for LED in vehicle rear lamps. This fact is highlighted by the OLED taillight applications of Audi TT RS and A8, BMW M4 GTS or Mercedes S Class Coupé. Aspects of light source technology and especially lighting technology with regard to an efficient usage are rarely discussed in research as well as questions about the perception of brightness. Methods for an efficient development of OLED taillights are presented in this work. Especially photometric and colorimetric aspects are discussed. As shown in examples, an angle-dependent light distribution of an OLED can cause perceptible differences of luminance and color coordinates in rear lamps. In case of 2,5D Designs, various light areas can appear at different angles for one perspective. Hence, from this perspective, different luminances and color coordinates appear within the design. For the examined case, the perceptible differences are considered to be higher than the variations within the light areas. Several OLED architectures can be used for taillight applications. Beside bottom and top emitters on glass substrate, bottom emitters on plastic substrate were investigated. With the focus on photometric and colorimetric characterization, a technological trade-off has to be considered: A directed light distribution, as typical for a top emitter, helps to efficiently meet the regulatory requirements, but causes large angular dependencies of luminance and color coordinates. The bottom emitter is the counterexample. Hence, depending on the application and visible angle, one has to choose the appropriate architecture. Furthermore, three investigations were carried out to research the optimum brightness of homogeneous taillights. Within these studies, the influence of the observation distance, the size and geometry of the light area as well as the speed of the signal in case of dynamic taillight functions was considered. To minimize interfering influences and to guarantee reproducible conditions, the investigations took place in a totally darkened light channel. The results suggest the existence of a close range and a far range, which begins at ~30m. Within the close range, the optimum brightness increases with the observation distance. In fare range, a constant value between 864cd/m² and 1430cd/m² is recommended. The values of the dynamic signal are almost entirely below the static ones. One exception could be found at an angular velocity of 18°/s. This range should be avoided in future dynamic taillight applications.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Light Technology
Date Deposited: 26 May 2020 06:47
Last Modified: 09 Jul 2020 06:33
DOI: 10.25534/tuprints-00011766
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-117661
Referees: Khanh, Prof. Dr. Tran Quoc and Lemmer, Prof. Dr. Ulrich
Refereed: 31 October 2019
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/11766
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