Ultrawydajne organiczne diody LED

Opracowana w Niemczech organiczna dioda elektroluminescencyjna (OLED) może generować tę samą jakość białego światła, co żarówki żarowe, ale przy znacznie lepszej wydajności energetycznej niż nawet oświetlenie fluorescencyjne.

Białe oświetlenie: Takie organiczne diody elektroluminescencyjne mogą być przyszłością oświetlenia dzięki bardzo wysokim sprawnościom, które przewyższają nawet świetlówki.

Prototyp OLED może stać się ultrawydajnym źródłem światła do wyświetlaczy i oświetlenia ogólnego, mówi Sebastian Reneke , który kierował badaniami w Instytucie Fotofizyki Stosowanej w Dreźnie w Niemczech. Długoterminowym celem jest wyprodukowanie urządzenia przy użyciu konwencjonalnego, taniego druku z roli na rolę.

W ostatnich latach wiele krajów zaczęło poszukiwać możliwości przejścia z oświetlenia żarowego na kompaktowe żarówki fluorescencyjne, ponieważ te ostatnie są znacznie bardziej energooszczędne. Istnieje również duże zainteresowanie wykorzystaniem diod elektroluminescencyjnych (LED) do wyświetlaczy i oświetlenia ogólnego, ponownie ze względu na potencjalne oszczędności energii, jakie oferują.

Jednak zarówno w przypadku oświetlenia fluorescencyjnego, jak i LED, jakość wytwarzanego białego światła zawsze pozostawiała wiele do życzenia. Oświetlenie fluorescencyjne może sprawić, że ludzie będą wyglądać niezdrowo, ponieważ emitowane jest mniej czerwonego światła, podczas gdy większość białych diod LED dostępnych obecnie na rynku ma niebieskawą jakość, przez co wydają się zimne.

W przeciwieństwie do tego, diody OLED mogą być wykonane z szerokiej gamy materiałów, więc uzyskanie dobrej jakości białego światła jest mniej trudne, mówi Reineke. To nie jakość światła zawiodła diody OLED, ale ich wydajność. Oświetlenie fluorescencyjne zwykle działa przy około 60 do 70 lumenów na wat, podczas gdy żarówki żarowe działają z około 10 do 17 lumenów na wat. W przeciwieństwie do tego, mówi Reineke, najlepiej zgłoszona wydajność energetyczna OLED do tej pory wynosiła 44 lumenów na wat.

W bieżącym numerze czasopisma Natura , Reineke i jego koledzy donoszą o nowatorskim projekcie konstrukcyjnym OLED, który wykazuje wydajność 90 lumenów na wat i wykazuje potencjał do osiągnięcia 124 lumenów na wat.

Te wydajności są bardzo przekonujące, mówi Peter Kazlas, dyrektor ds. rozwoju urządzeń w firmie Wizja QD , firma z siedzibą w Cambridge w stanie Massachusetts, która opracowuje oświetlenie LED oparte na kropkach kwantowych.

OLED mają potencjał, by stać się naprawdę bardzo energooszczędnym źródłem światła, dodaje Kristin Knappstein, kierownik ds. rozwoju biznesu w Philips Lighting w Akwizgranie w Niemczech. Jej firma ma już na rynku produkt oświetleniowy OLED o nazwie Lumiblade . W produkcji osiągamy poziomy od 15 do 20 lumenów na wat, mówi, dodając, że ostateczny potencjał jest dla technologii, aby osiągnąć wydajność nawet 150 lumenów na wat.

Reineke i jego koledzy byli w stanie uzyskać tak dobre wyniki dzięki kilku modyfikacjom konstrukcyjnym i udoskonaleniom swojego urządzenia. Jeden polega na zmniejszeniu jego napięcia roboczego przez domieszkowanie materiału organicznego, który łączy materiał emitujący światło z jego metalowymi stykami. Wydajność urządzenia jest znacznie zmniejszona, jeśli znajduje się w pobliżu kontaktu z metalem, z powodu zjawiska zwanego hartowaniem, mówi Reineke.

Inną sztuczką było wykonanie zewnętrznych powierzchni urządzenia z rodzajów szkła, które mają właściwości optyczne bardziej odpowiadające właściwościom podłoża urządzenia. W przeciwnym razie znaczna część emitowanego światła jest odbijana i albo ponownie absorbowana, albo tracona przez ciepło. W konwencjonalnych konstrukcjach tracone jest około 80 procent światła, mówi Reineke.

Jednak najbardziej nowatorskim aspektem tego nowego OLED jest organizacja różnych materiałów emitujących światło w urządzeniu. Stosowane są trzy materiały – po jednym do emitowania światła niebieskiego, zielonego i czerwonego – wraz z materiałem macierzy macierzystej pomiędzy nimi. Sztuczka Reineke polegała na wybraniu materiału matrycy o wysokim stanie wirowania, który pasował do koloru niebieskiego, i umieszczeniu niebieskiego materiału między zielonym i czerwonym, tak jakby był częścią oddzielającego materiału matrycy gospodarza.

Macierz i stan niebieski są prawie identyczne, mówi Reineke. Oznacza to, że wszelkie pary elektron-dziura (ekscytony) uciekające z czerwonego lub zielonego materiału będą musiały przejść przez niebieski, zwiększając szanse, że zostaną przekształcone w fotony.

Wykonują niezłą robotę, dostosowując warstwy LED, aby uzyskać dobre wydajności kwantowe, mówi Kazlas. Pokazuje to, co obiecują diody OLED, ale z perspektywy branży diody OLED wciąż mają przed sobą długą drogę.

Rzeczywiście, główną wadą diod OLED jest ich długowieczność. Chociaż firmy takie jak Philips są w stanie wytwarzać urządzenia o żywotności równej żarówkom fluorescencyjnym – przekraczającym 10 000 godzin – materiały, które zapewniają wyższą wydajność, zwykle nie wytrzymują tak długo. Nasze urządzenia mają żywotność zaledwie kilku godzin, mówi Reineke.

ukryć