Съвременни достижения в органичните светодиоди (OLED)

ОсветлениеСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 1, 2015

Oрганичните светодиоди (OLED) са сред най-иновативните технологии, които навлизат в потребителската и индустриална електроника. Освен вече познатото им приложение в дисплеите на телевизори, смартфони и други електронни устройства, органичните светодиоди притежават огромен потенциал за приложение и в осветлението.

Съвременните достижения в развитието на технологията позволяват на OLED осветителите да се превърнат в ефективно и все по-търсено решение не само за жилищни и търговски обекти, но и за осветление на промишлени помещения и оборудване, както и за дисплеи на индустриална електроника.

„Гъвкавост” в осветлението
Органичните светодиоди могат да бъдат произведени във всякакви форми, а комбинирането им позволява разработването на прозрачни и гъвкави панели с всякакви размери, автономно излъчващи (без допълнителна подсветка) светлина в различен цвят. Предимствата на технологията в сравнение с конвенционалните осветителни решения са много – OLED осветителите са енергийно ефективни, лесни за производство, компактни, леки и мащабируеми.

В допълнение, органичните светодиоди не се нуждаят от светлоразпределителни елементи и за разлика от LED модулите не са точков източник. OLED осветителните панели са базирани на ултратънки слоеве органична материя. Всеки слой с дебелина по-малко от една хилядна от човешки косъм има специфична функция. Той се разполага между два електрода с положителен и отрицателен полюс и излъчва светлина при протичането на електричество.

Същност и приложения на технологията
Органичните светодиоди са светоизлъчвателни диоди, при които излъчвателният електролуминесцентен слой представлява ултратънък филм от органична материя. Този органичен проводников слой се поставя между два електрода – анод и катод, като целият диод е разположен върху специална подложка (субстрат).

Произвеждат се основно два вида органични светодиоди: базирани на малки молекули и базирани на полимери. Органичните молекули са с различна електропроводимост – от изолатори до полупроводници. Производството на OLED модули се състои в отпечатване на слоевете върху субстрата чрез специална технология.

И макар тук подложките да са значително по-скъпи, възможността за бързо и мащабно производство прави технологията доста по-икономична алтернатива на изработката на конвенционалните осветители.

Съвременните разработки в областта на светодиодното осветление все по-активно се насочват към оптимизиране на OLED технологията и по-специално на излъчващите бяла светлина OLED осветители за полупроводникови осветителни приложения (Solid-state lighting). Само след няколко години органичните светодиоди ще са достъпни за масово използване в работни помещения, за настолно осветление, осветление на обществени, търговски и индустриални пространства.

Предимствата на технологията я правят подходяща и за преносими осветителни системи, гъвкави осветителни тела с различно приложение, осветление на автомобили, самолети и индустриално оборудване, както и за осветление, интегрирано в конструктивни елементи на сградите като прозорци, фасади, стени и др.

Предимства
OLED технологията намира все повече приложения в осветлението поради много по-ниската консумация на енергия на OLED устройствата в сравнение с конвенционалните осветители. Подобно на LED осветлението, което вече е доказана алтернатива на осветителите с ниска мощност, органичните светодиоди предлагат и редица други предимства, базирани на възможността за директно излъчване без нужда от допълнителни оптични елементи.

Възможността за производство на гъвкави панели, които могат да заемат различни форми, разкрива огромен потенциал за приложение на органичните светодиоди в труднодостъпни и малки пространства в индустриални производствени приложения.

Сред предимствата на OLED осветителите са приятната светлина (близка до естествената), широкият спектър на излъчване и възможностите за осветяване на големи пространства. В допълнение, органичните светодиоди са дифузни източници и не се нуждаят от рефлектори или дифузери, което значително опростява дизайна на осветителните системи. Органичните светодиоди позволяват и фина настройка на цветовете за различни приложения, както и отлично цветопредаване.

OLED панелите са изключително леки и могат да бъдат произведени прозрачни и с дебелина, по-малка от 1,8 мм. Сред най-съществените им предимства е дългият експлоатационен живот, който при съвременните органични светодиоди достига над 50 хиляди часа. OLED осветителите отдавна са надминали светлинната ефективност на халогенните лампи, като се очаква в бъдеще да достигнат 150 lm/W.

Те са екологично решение, при което е елиминиран проблемът с отвеждането на отпадната топлина (тъй като такава на практика няма), намаляват емисиите на CO2 с по-ниската си консумация на енергия и не съдържат опасни субстанции. Органичните светодиодни панели са и напълно рециклируеми.

Пазарен потенциал
Високата енергийна ефективност и широките възможности по отношение на дизайна позволяват едновременното съществуване на LED и OLED решенията на пазара на осветление поради различните им предимства. Пазарните проучвания сочат, че ако технологията продължава да се развива със същите темпове, в следващите няколко години цената на органичните светодиоди може да се намали до десет пъти.

Дори цената на отделните компоненти на диодите, както и на готовите панели, да падне, някои продукти вероятно ще запазят по-високи цени поради интерактивния елемент на технологията, подобно на ситуацията в LED индустрията.

Паралелно с това обаче ще възникват нови приложения на органичните светодиоди – в гъвкави осветители и екрани за електронно оборудване, интелигентни устройства за жилищна и производствена автоматизация, контролери, термостати, системи за сигурност, дори интегрирани в дрехи и тъкани осветители. Възможността за интегриране на OLED модули в широка гама от устройства е в основата на огромния пазарен потенциал на технологията в различни области на бита, търговията и индустрията.

Иновативни разработки в областта на органичните светодиоди
Органичните светодиоди позволяват излъчването на бяла светлина със същото качество като лампите с нажежаема жичка, но с много по-висока ефективност дори от флуоресцентното осветление.

Те могат да бъдат изработени от широк набор от материали, което позволява висока гъвкавост на процеса и възможности за постигане на оптимална ефективност. Лампите с нажежаема жичка обикновено излъчват с ефективност от 10 до 16 лумена на ват, флуоресцентните осветители – около 60-70 lm/W. Произвежданите досега органични светодиоди достигаха максимална ефективност от 44 lm/W.

Наскоро в Института за приложна фотофизика в Дрезден, Германия бе разработен прототип на ултраефективен OLED осветител, който в дългосрочен план притежава сериозен потенциал за серийно производство и масово приложение. Инженерният екип проучва и възможностите за разходно-ефективно производство на органичните светодиоди чрез конвенционален „roll-to-roll” печат по офсетова технология.

Ултраефективният OLED прототип, разработен в Дрезден, е с ефективност 90 лумена на ват с потенциал да достигне до 124 lm/W. Иновативността на решението се корени във възможността ефективността да бъде повишавана посредством използването на различни материали и модификации в конструкцията.

Възможности по отношение на дизайна
Повишаване на ефективността може да бъде постигнато чрез намаляване на работното напрежение, като се намали или изолира контактната зона между органичния материал и металните контакти.

Друга възможност за оптимизиране на дизайна е изработването на корпуса на диода от стъклопласт с оптични влакна, който е близък по свойства до субстрата. Така се намалява количеството на отразената и реабсорбирана светлина или изгубена чрез топлина енергия. В конвенционалните осветителни тела тези загуби достигат до 80%. Най-голям потенциал за повишаване на ефективността има в използването на различни видове органична материя в светодиода.

Въпреки напредъка на разработките в областта на OLED осветлението, евтини и високоефективни решения за масово приложение обаче все още не са достъпни на пазара. Обикновено високата ефективност е за сметка на висока цена или скъсен експлоатационен живот.

OLED технологии за индустриални приложения
OLED технологията предлага множество нови възможности за разработването на гъвкави или прозрачни дисплеи и осветители за индустриално оборудване, които не се нуждаят от допълнителна подсветка и предлагат значително по-голям ъгъл на визуализация. OLED дисплеите са в състояние да изобразяват много по-наситени нива на черния цвят с много по-висок контраст от масово използваните дисплеи с течни кристали, като в допълнение са в пъти по-тънки и леки и позволяват много по-компактен дизайн на индустриални монитори и екрани.

Основно предимство на OLED панелите е възможността да бъдат използвани в зони със слабо осветление като производствени, складови и логистични помещения. Контрастното съотношение на разработваните съвременни решения е от порядъка на 2000:1. Друго съществено предимство на органичните светодиоди е широкият им температурен диапазон на работа.

За разлика от много други технологии за изобразяване (като LCD дисплеите например), те могат да бъдат експлоатирани при температури от -40 до +80 °C. В допълнение, OLED дисплеите осигуряват много по-кратко време за реакция в сравнение с LCD екраните, както и много по-широк цветови диапазон.

Мониторите и екраните, базирани на органични светодиоди, са подходящи за приложения в индустриални системи за мониторинг, преносими и стационарни устройства за управление на индустриално оборудване, интегрирани контролни системи и др.

Новият брой 2/2018

брой 2-2018

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top