Технология oled освещения. Органические светодиоды, светильники, панели

На сегодняшний день уже более сотни компаний, как небольших, так и крупных, занимаются исследованием, разработкой и производством OLED-устройств, а обороты рынка уже исчисляются миллиардами долларов (в основном, за счёт OLED-дисплеев).

Проекты, лампы и светильники на основе oled панелей LG Chem

Технология ОLED освещения. Органические светодиоды, светильникиТехнология ОLED освещения. Органические светодиоды, светильники_2Технология ОLED освещения. Органические светодиоды, светильники_3 Технология ОLED освещения. Органические светодиоды, светильники_4 Технология ОLED освещения. Органические светодиоды, светильники_5 Технология ОLED освещения. Органические светодиоды, светильники_6 Технология ОLED освещения. Органические светодиоды, светильники_7 Технология ОLED освещения. Органические светодиоды, светильники_8 Технология ОLED освещения. Органические светодиоды, светильники_9 Технология ОLED освещения. Органические светодиоды, светильники_10

Большинство аналитиков склоняется к тому, что рынок OLED-устройств будет только расти в ближайшие годы. Рынок делится на три основных сферы: маленькие/средние дисплеи для мобильных устройств, большие дисплеи для телевизоров и осветительные устройства. Каждый из этих секторов с миллиардными оборотами.

Также органические светодиоды могут затрагивать на первый взгляд совершенно невообразимые для них сферы рынка, все это благодаря их потенциалу к гибкости и прозрачности.

Инновационная технология OLED уверенно занимает свое место на рынке освещения. Разработки и инвестиции в этом направлении находятся в приоритете у многих ведущих производителей.

Еще 10 лет назад LED-технология делала первые шаги в коммерческом направлении, а светодиоды широко использовались только как индикаторы. Сегодня весь мир переходит на светодиодные лампы, светильники и отдает предпочтение телевизорам, смартфонам, холодильникам и другой технике с LED-дисплеем. Однако индустрия движется вперед, и на рынок выходит инновационная технология OLED (Organic Light-Emitting Diode).

Это органические светодиоды, которые устроены по принципу многослойного сэндвича: несколько тонкопленочных структур помещены между электродами и излучают свечение при пропускании тока. Технология OLED активно развивается: ежегодно на 30 % повышается эффективность и на столько же снижается стоимость.

Преимущества

  • Равномерная яркость

Современные OLED-устройства светят равномерно, без мелькания и ослепления. Они излучают яркость от 2-3 кд/м2, что подходит для ночной работы, до максимальных значений  – свыше 100 тыс. кд/м2. Данный показатель можно регулировать в широком динамическом диапазоне. Срок службы светильника обратно пропорционален яркости, потому рекомендуется установить умеренный уровень. При 1 тыс. кд/м2 устройство прослужит не менее 10 тыс. ч.

  • Высокая контрастность

Дисплеи на базе органических светодиодов лидируют по контрастности среди других устройств  – ее предел достигает 1 000 000:1, в отличие от LCD-технологии, которая обеспечивает лишь 2000:1. Это обеспечивает хорошую читаемость информации с экрана телевизора или смартфона при солнечном свете. Показатель контрастности OLED в 50 раз выше, чем у LED.

  • Угол обзора и цветопередача

Благодаря технологии OLED на дисплей можно смотреть под любым углом: качество при этом не изменяется. Цветопередача панелей на основе органических светодиодов более высокая в сравнении с предшественниками.

  • Мгновенный отклик

Практически полное отсутствие инерционности обеспечивает мгновенный отклик при работе OLED-экрана. В новых телевизорах OLED TV скорость отклика более чем в 1 тыс. раз выше, в сравнении с остальными LCD и LED-панелями. Это позволяет получить максимально реалистичное отображение самых динамичных моментов фильма.

  • Эффективность

Многие компании предлагают светильники, эффективность которых составляет около 25-40 лм/Вт, но этот параметр стремительно повышается. В скором времени будет возможно приобрести световые панели, способные производить 100 лм/Вт, а к 2015-2016 г. этот показатель достигнет 150 лм/Вт.

OLED: что это?

«Оrganic light emitting diode» или OLED – органический светоизлучающий диод.

Употребление слова «органический» в наименовании может ввести в заблуждение, поэтому стоит сразу уточнить, что данная технология не имеет ничего общего с растительным или животным происхождением.

Материалы, котрые используються при изготовлении OLED, являются продуктами органической химии (в их составе присутствуют углеродные соединения), именно по этой причине данный тип диода именован «Органическим».

Органический светодиод — твёрдый полупроводник, состоящий из тонкого слоя органического (углеродного) материала, генерирующего излучение, в ответ на электрический ток.

В OLED-панелях при похождении тока электроны двигаются от катода к аноду. Другими словами, катод «толкает» электроны в эмитирующий слой, а анод убирает их из проводящего слоя (что приводит к «дыркам» в этом слое). «Новые» электроны с эмитирующего слоя объединяются с дырками проводящего слоя, в результате чего образуются квазичастицы — экситоны. В процессе происходит освобождение фотонов, это и даёт такой световой эффект. Для того чтобы цвет излучения был разным, используют различные типы эмитирующих веществ. Интенсивность освещения регулируется силой тока.

Было проведено множество исследований (и они, несомненно, до сих пор проводятся), специалисты стремятся создать более эффективные материалы и конструкции. Эксперименты во всем: некоторые используют всего 2 слоя, а кто-то — все 10. Что касается материалов, всегда выбирается компромисс между цветонасыщенностью, прочностью и продуктивностью. Некоторые материалы для OLED дешевле в производстве или легче в использовании.

Краткая история развития технологии органических светодиодов в освещении

Электролюминесценция в органических  материалах была открыта французским ученым  Андрэ Бернанозом еще в 1950-х гг., спустя 10 лет  разработкой заинтересовалась компания Dow  Chemical. Но первое OLED-устройство было произведено лишь в 1980-х компанией Eastman Kodak. В 2000  г. А. Мак-Диармид, А. Хигер и Х. Сиракава были удостоены Нобелевской премии по химии за открытие и развитие токопроводящих органических полимеров. Сегодня разрабатываются несколько OLED-технологий: PHOLED, TOLED, FOLED, SOLED, Passive/Active Matrix.

Ниже представлен список основных исторических событий:

1950: Открытие осветительных свойств органических материалов

1987: В Eastman Kodak создано первое OLED-устройство

2008: В GE представлена первая в мире световая OLED-панель, произведённая с помощью техники печати «с рулона на рулон»

2008: В OSRAM представлена первая в мире OLED-лампа, было изготовлено всего 25 штук, которые были проданы по цене 25 000 евро каждая

2008: В Universal Display разработаны белые органические диоды с эффективностью 100 Лм/Вт

2008: В GE прекращается производство ламп накаливания, все силы направляются на разработки органических и неорганических диодов

2009: В Philips начинаются продажи световых OLED-панелей марки Lumiblade

2009: Компания OSRAM начинает продавать световые OLED-панели Orbeos

2009: Компания Samsung выпускает панели OLED освещения

2009: LG Chem присоединяется к гонке освещения OLED

2009: В Konica Minolta разработан план производства панелей для OLED освещения, планируемый объем продаж $ 1 млрд. по 2017/18 г.

2010: В Lumiotec запускают продажу световых OLED-панелей

2010: Компании Pioneer и Mitsubishi объединяют силы для производства световых OLED-панелей

2010: Novaled совместно с автопроизводителем разрабатывают OLED освещение — которое будет использоваться в качестве внутреннего освещения в автомобилях

2010: Компания Showa Denko K.K. (SDK) опубликовала бизнес-план. В 2015г. запланирован выпуск белых OLED панелей с эффективностью 80 Лм/Вт и сроком службы 40000 часов.

2010: Panasonic, Kaneka, Neoview-Kolon, Ledon – выпускают новые образцы белых OLED панелей.

2011: В Verbatim начинаются продажи световых OLED-панелей с регулировкой цвета (Velve)

2011: В Philips представляют панель Lumiblade Plus, наиболее эффективную панель (45 Лм/Вт)

2011: Philips инвестирует € 40 млн на увеличения мощностей производства OLED светильников.

2011: В Panasonic разработан самый эффективный белый органический светодиод (128

Лм/Вт)

2011: Kaneka принимает заказы на OLED квадратные панели в пяти цветах (теплый белый, красный, оранжевый, синий и зеленый). Панели будут регулируемой яркостью (в диапазоне от 1000 кд/м 2 до 5000 кд/м 2 ).

2011: OSRAM расширяет линейку OLED панелей Orbeos

2011: Konica Minolta начинает продажи OLED панелей под брендом Symfos

2011: OSRAM разработала самую эффективную гибкую OLED панель для освещения (32 Лм/Вт)

2012: Первая прозрачная световая OLED-панель поставляется компанией COMEDD

2012: LG Chem начинает массовое производство OLED панели с эффективностью 45 Лм/Вт, планирует выпуск более эффективных, гибких и прозрачных панелей

2012: Philips представляет новую функциональную OLED панель освещения с эффективностью 115 лм/Вт

2012: Выпуск первых прозрачные OLED панелей освещения Tabola OLED

2013: Panasonic разработала OLED панель с эффективностью 114 Лм/Вт

2013: В компании LG Chem заплонирован выпуск первых в мире гибких OLED панели освещения.

2013: NEC Lighting разработала наиболее эффективную панель OLED для освещения, 156 лм/Вт

2013: Philips, Merck и Audi разработала 3D OLED прототипы фар для Audi TT

2014: LG Chem выпускает крупнейшую в мире OLED-панель освещения размером 320×320 мм

2014: Konica Minolta объявила, что она начинает строить фабрику по производству гибких OLED панелей

2014: Konica Minolta разработала световую OLED панель, эффективность 139 Лм/Вт

2014: LG Chem сократили цены на панели OLED более чем на 60%;

Принцип действия OLED устройств

светодиоды oled

При подаче на анод «+» относительно катода напряжения поток электронов протекает через прибор от катода к аноду. В эмиссионный слой ячейки с катода поступают электроны, а с анода – дырки. По факту перемещение дырок в эмиссионный слой означает тоже перемещение электронов (из эмиссионного слоя в материал анода), в результате которого в веществе-эмиттере возникают положительные заряды – «дырки». При встрече зарядов происходит их рекомбинация и возникает возбужденная частица – экситон, т.е пара электронов в возбужденном состоянии. Возвращение электронов в основное состояние сопровождается испусканием (эмиссией) электромагнитного излучения.

Устройство не будет функционировать при подаче на анод «-» относительно катода напряжения. В этом случае дырки движуться к аноду, а электроны – в обратном направлении к катоду, и рекомбинации не происходит, ячейка при этом не разрушается. Более того, имеется информация, что периодически подаваемый обратный ток способствует повышению устойчивости устройства, поскольку при этом уничтожаются деффектные участки люминисцентных слоев. Таким образом следует , что для питания OLED может быть использован переменный ток, что упрощает конструирование приборов, рассчитанных на работу в привычной сети переменного тока.

Для высокой эффективности OLED необходимо соблюдение еще одного условия –обеспечение баланса зарядов в эмиссионном слое. Кроме того, для облегчения инжекции зарядов в прилегающие слои анод и катод покрывают ультратонкими слоями специальных неорганических или металлоогранических материалов.

Структура OLED

OLED-панели состоят из следующих компонентов:

основание: поддерживает всю панель

органические слои: основные материалы, составляющие конструкцию.

защитное покрытие (оболочка): внешняя плёнка, защищающая OLED панель от воздействия кислорода, влаги и прочих физических воздействий.

Основание

Есть три основных материала, из которых делают основания для OLED-панелей: стекло, металл и пластик.

На сегодняшний день OLED-панели помещены на стеклянное основание, так как оно очень практичное в использовании, прозрачное и обеспечивает хорошую защиту. Сейчас некоторые компании уже работают над разработкой специального стекла для органических светодиодов. Компания Corning уже изобрела такое стекло, которое назвали Lotus Glass, а в феврале 2012 года было создано совместное предприятие с Samsung по производству стеклянных панелей.

Использование стекла в данной отрасли имеет определенные недостатки: оно очень жёсткое, относительно толстое, тяжелое и не очень прочное. Пока некоторые компании (например, Corning) разрабатывают тонкое небьющееся стекло, следующее поколение OLED-панелей будет, скорее всего, выпускаться на пластиковом или металлическом профиле.

Пластик ударопрочен, его можно сделать и гибким, и прозрачным, и тонким. С гибким основанием из пластика можно использовать метод струйной печати «с рулона на рулон», который очень эффективен.

Производство такого специализированного пластика тоже не самый тривиальный процесс. Компания Samsung производит пластиковые (полимидные) основания, у неё есть заводы, на которых запланировано производство пластмасс для OLED-оснований.

Компания LG тоже заинтересована в пластиковых гибких OLED-компонентах, чтобы дать начало «небьющимся устройствам», и они объявили о старте производства, запланированного на 2013-2014 год.

Металлическая рама (которая вероятнее всего будет состоять из стали или алюминия) не будет прозрачной, однако будет обладает некоторыми интересными свойствами: высокопрочность, высокая теплопроводность, красивый внешний вид, что может быть особенно важно для световых OLED-табло. Металлические рамы также представляют собой хорошую защиту и могут крепиться на магниты в любое необходимое место.

Органические слои

Берется эмитивный OLED-слой и помещается между катодом (который вводит электроны) и анодом (который их убирает). Конечно, такая грубая первичная схема недостаточно эффективна, и современные устройства состоят из куда большего количества слоёв: некоторые компании используют более 10 слоёв в своих OLED-разработках. На рисунке ниже показан пример строения из семи органических слоёв.

светодиоды oled

Для создания качественного и долговечного устройства ценность имеет каждый слой. Некоторые компании (среди которых, Novaled) концентрируются только на не проводных слоях, функция которых заключается только в транспортировке и введении электронов.

Изоляция

Материалы, используемые для производства органических светоизлучающих диодов чувствительны к воздействию воды и кислорода, поэтому для их защиты необходимо ещё одно покрытие. Иногда этот финальный слой называют изоляцией или герметичным покрытием. В идеале изоляция должна быть достаточно прочной для обеспечения надёжной защиты, гибкой, дешёвой и не трудоёмкой. Ну и конечно же прозрачной.

светодиоды oled

На современном производстве органические светодиоды изолируются стеклом, это хороший защитный материал, который прост в использовании – стекло уже используется в LCD-панелях и в OLED-дисплеях в качестве задней панели. С другой стороны, стекло – не самый идеальный для этого материал, т.к обладает рядом минусов: твердое, относительно тяжелое, не прочное.

Несколько компаний работают над созданием изоляционных материалов. Это совершенно новые виды пластика и наноматериалов. Пластик нового поколения достаточно тонкий, гибкий и прозрачный, к тому же он способен обеспечивать необходимую защиту, при этом будет относительно недорогим по сравнению со стеклом.

У компаний лидеров, LG и Samsung на дисплеях их производства установлена не стеклянная изоляция. В 2010 году компания Samsung купила Vitex Systems, которая разработала технологию защитного покрытия Vacuum Polymer (VPT), кардинально решающую проблему деградации активной структуры органических светодиодов. Однако технология производства Vitex весьма сложная и затратная как по времени, так  и по стоимости . И все же, на сегодняшний день это самый разработанный технологический процесс, имеющийся в распоряжении Samsung.

В начале 2011 года компания Universal Display представила новую гибридную однослойную органическо-неорганическую технологию изоляции (под брендом UniversalBarrier). Компания сотрудничала с Flexible Display Center (FDC) в университете штата Аризоны. Уже к концу 2012 года было объявлено, что был получен «значительный прогресс», и уже назначался старт переговоров с некоторыми компаниями партнёрами (Samsung в том числе) по улучшению технологии. Разработчики из Universal Display до сих пор не могут расширить масштабы применения этой технологии (на сегодняшний день у них есть работающий девайс, способный охватывать площадь в 6 дюймов, однако этого все равно недостаточно для старта массового производства).

Изоляция (стеклянная или любая другая) намертво приклеивается с помощью эпоксида (или полимера).  Хороший эпоксид качественно клеится, у него низкая газопроницаемость, и он стойкий к воздействию химикатов, воды, тепла, пламени и растворителей.

Различные типы OLED

Молекулярная масса (малые молекулы против полимеров)

OLED-материалы делятся по молекулярной массе. Если масса меньше, чем 1,000 г/моль¯¹, то такие органические светодиоды называются маломолекулярными, а если больше – то полимерными (или макромолекулярными).

Макромолекулярные органические светодиоды – очень перспективны. Они не напыляются в вакуумной среде и распадаются в растворительной среде, так что их можно применять в технологии печати и ротационного отложения. Макромолекулы позволяют достичь улучшенной гибкости в химической «конструкции» и требуют меньше электрического напряжения по сравнению с микромолекулами. Некоторые специалисты предполагают, что недорогие OLED-телевизоры с широкой диагональю можно сделать только с помощью технологий печати, которые как раз доступны для макромолекул. Вообще, макромолекулы были открыты в Cambridge Display Technology (теперь они принадлежат компании Sumitomo Chemical), которая предоставляла лицензии на их использование таким компания, как DuPont, Merck и Seiko-Epson.

На самом деле, разработки в области микромолекул тоже далеко продвинулись. Вакуумное напыление – довольно самодостаточная технология, а сами материалы предлагают лучшую продуктивность и долговечность. Для справки: все производимые сегодня OLED-дисплеи (и световые панели) базируются именно на микромолекулах. Кроме того, в результате интенсивных разработок, проводимых компаниями Merck, DuPont и UD, растворимые микромолекулярные OLED-материалы встали почти в один строй с напыляемыми материалами.

Обрабатываемые раствором органические светодиоды

На сегодняшний день во всех OLED-дисплеях серийного производства использована технология вакуумного напыления. Некоторые материалы обрабатываются в растворе, а это значит, что их можно использовать вместе с раствором и напылять с помощью технологии печати или ротационного отложения (поэтому некоторые называют такие дисплеи «печатными»). Как уже упоминалось, макромолекулы лучше приспособлены к нахождению в растворе (раствор – это их естественная среда), чем малые молекулы.

Технологии печати и ротационного отложения считаются очень перспективными в плане снижения затратности (в сравнении с вакуумным напылением, которому требуется большое количество материала) что, в конечном счёте, может привести к снижению цены на целые OLED-панели. Проблема этих технологий заключается в том, что материалы, использующиеся для них хоть и дешевле, но никак не долговечнее и продуктивнее, а даже наоборот. Это связано с взаимодействием органических веществ и раствора. К тому же, технология печати ещё не до конца отработана. Далее о ней будет рассказано подробнее.

OLED: флуоресцентные и фосфорецентные

Эмитирующий OLED-слой (то есть слой, освобождающий фотоны, вследствие чего происходит излучение) может быть изготовлен из флуоресцентных и фосфорецентных материалов. Изначально у органических светодиодов было флуоресцентное излучение, однако эти материалы не так эффективны, так как максимальный теоретический коэффициент внутреннего квантового выхода равняется примерно 25% (то есть, примерно четверть высвобождаемой энергии является собственно светом). Фосфорецентные материалы более эффективны (с коэффициентом до 100%). Фосфорецентные OLED обычно совмещаются с металлоорганическим комплексом, содержащим атомы тяжёлых металлов (обычно это иридий). Взаимные реакции между атомами металла и органическими веществами выливается в более эффективную и долгую работу светодиодов.

Фосфорецентные диоды были открыты в Принстонском университете и университете Южной Калифорнии ещё в 1990 г. Корпорация Universal Display является владельцем независимого патента на этот материал и активно продвигает его. Уже общепринято, что для создания эффективного OLED-устройства нужно использовать фосфорецентные материалы.

Выходит, что создать долговечный фосфорецентный OLED-дисплей сложнее, чем флуоресцентный. Особенно это касается источников синего света. Можно также смешивать различные OLED-материалы (это относится к гибридным типам). К примеру, в Samsung берут красные фосфоресцентные источники и смешивают их с зелёными и синими флуоресцентными для создания активных матриц на органических диодах.

Зачастую с тремя схожими признаками: люминесцентный, флуоресцентный и фосфорецентный — возникает путаница. Люминесцентный материал, если в целом, излучает свет при низких температурах. Впрочем, это касается  флуоресцентных и фосфорецентных материалов. Последние два различаются во времени затухания излучаемого света, у фосфорецентных затухание медленное (порядка одной тысячной секунды, а у некоторых материалов, использующихся в наручных часах, период может достигать нескольких часов), что касается флуоресцентных материалов, то время сокращается до пары десятков наносекунд.

OLED-панели: прямая эмиссия и светофильтры

В классическом варианте OLED-светильника используются 3 типа подпикселей (красный, зелёный и синий, то есть, RGB-смешивание) для создания полноцветности. Такие OLED-панели обычно считаются панелями с прямой эмиссией, так как свет, излучаемый органическими диодами, не проходит через фильтры.

Существует ещё один вид архитектуры OLED-панелей, суть которой заключается в том, что используются белые OLED-подпиксели, а их свет пропускается через фильтры. Такое смешивание сокращают аббревиатурой WRGB (впервые разработанное компанией Kodak, а в настоящее время принадлежащее корпорации LG). Как можно догадаться, в этом случае смешиваются три цвета плюс дополнительный белый цвет, который не проходит через фильтры. Добавление дополнительного белого цвета обеспечивает повышенную яркость цветных OLED панелей.

Белые органические светодиоды на самом деле получаются в итоге смешивания разных OLED-источников. Есть 2 варианта: смешивание красного, зелёного, синего цвета или синего с жёлтым.

Например, WRGB-панели от LG используют вторую опцию: смешивание жёлтого и синего цвета. К слову, жёлтый является фосфорецентным источником.

Сложенные органические светоизлучающие устройства

Ещё одна возможная архитектура OLED-дисплеев заключается в помещении красного, зелёного и синего слоёв прямо друг на друга, а не линейно. Это имеет смысл, так как OLED-материалы прозрачны по своей природе. Это решило бы проблему структурирования. Технология получила название «сложенная».

У классического OLED дисплея на сложенных органических светодиодах все три цветных слоя наложены друг на друга; что означает — излучаемый свет белый.  Для многоцветной RGB OLED дисплея три одноцветных слоя R,G,B разделены прозрачными электродами: так осуществляется отдельный контроль каждого слоя. Свет на выходе получается от отдельных светоизлучающих элементов.

Прозрачное или непрозрачное основание?

Конструкция считается непрозрачной, когда стандартный OLED-дисплей обязательно включает светоотражающий катод и прозрачный анод (обычно из оксида индия и олова), а свет проходит через стеклянное основание.

Второй вариант предполагает применение прозрачного катода (тоже изготовленного из оксида индия и олова) и светоотражающего анода, который отражает испускаемый свет в обратном направлении.

Если и катод, и анод удастся сделать прозрачными, получится уже двухэмиссионная архитектура с прозрачными органическими диодами, где свет будет излучаться в обоих направлениях (то есть свет будет исходить с двух сторон).

От недостатков никуда не деться: неметаллический катод менее эффективен и не позволяет использовать технологию вывода излучения, как в дисплеях с непрозрачным основанием.

Ламбертовское OLED-устройство

В целом все OLED-устройства являются ламбертовскими, если подробнее, то свет излучается ими во все направления. Это очень неплохо для световых табло, но весьма неудобно для телевизоров, которым требуется рассеивание света на угол 180º. Получается, что половина излучаемой подсветки буквально уходит в никуда.

Для телевизоров в некоторых конструкциях применяются рефлективные электроды, они отражают часть света в нужном направлении. В других используют микрорезонаторную структуру, которая обладает более узким эмиссионным спектром и направляет большее кол-во излучения в нужное направление.

Есть одно занимательное исследование, задействующее микролинзы на органических светодиодах. Идея состоит в том, чтобы создать маленькие аккуратные полусферы (несколько микрометров в диаметре), а сверху напылить органические материалы. Таким образом предпологается, что OLED-панель сможет выдавать ещё больше света.

Как производят OLED-устройства

Изготовление полимерно-органической панели весьма непростая задача, которая происходит в несколько этапов: подбор и очистка основания, изготовление задней панели, наложение и компоновка органических слоёв, изоляция дисплея.

светодиоды oled

Для основания, задней панели и изоляции техника производства не является эксклюзивной для OLED-устройств.

Производство световых OLED-панелей

Чаще всего световые OLED-панели похожи на большие белые экраны, которые состоят из одного единственного огромного пикселя. Такое устройство экрана исключает необходимость компоновки пикселей и подпикселей, что упрощает процесс производства и даёт более широкие возможности для производства. Для световых органических панелей двумя приоритетными характеристиками являются световая температура (цвет) и эффективность лм/вт.

Разумеется, у производства световых панелей свои характерные проблемы. Ток органического светодиода проходит по краям панели, и когда питание устремляется к центру экрана, появляется эффект ореола. Это происходит по причине передвижения электронов в органических слоях. Чем дальше от источника питания, тем менее яркой будет панель. Если внимательно посмотреть на картинку, можно различить этот самый эффект ореола.

светодиоды oled

Компании, занимающиеся OLED-освещением, упорно работают над устранением этого дефекта. Самым простым решением этой проблемы было бы создание более мелких микросхем внутри светодиода, но тогда появляются довольно заметные «соты» на поверхности, как на панели от OSRAM’s Orbeos на рисунке ниже.

светодиоды oled

Другое решение – пикселизация экрана, или просто конструкция, состоящая из нескольких более мелких панелей.

Наложение и компоновка

Полимерно-органический дисплей состоит из нескольких слоев, и в некоторых случаях можно складывать слои, которые были обработаны разными методами, такими как вакуумное напыление, лазерная компоновка, струйная печать и др.

Вакуумное напыление и теневая маска

Технология вакуумного напыления или точнее вакуумно-термического напыления заключается в том, что органические молекулы помещаются в вакуумные камеры, где происходит их нагревание, затем парообразование и, наконец, конденсация на охлаждённое основание. Для формирования органического слоя пикселей необходимо использовать маску. Такая маска называется прецизионной металлической или просто теневой и представляет собой очень тонкий металлический слой с отверстиями под пиксели.

Эта технология является самой разработанной на сегодняшний день, и все AMOLED-дисплеи сейчас производятся с ее применением. Вакуумное напыление имеет 3 серьёзных недостатка.

Прежде всего, этот метод не так эффективен, так как большинство органических молекул оседает на стенках вакуумной камеры или маски. Даже несмотря на то, что некоторые материалы можно перерабатывать и использовать заново, технология вакуумного напыления все равно довольно затратна.

Специалисты компании Samsung разработали новый уникальный метод, который назвали технологией малых сканирующих масок и который полностью заменил предыдущий. Суть метода в том, что маска подвешивается и неподвижно закрепляется, но основание двигается. Это значит, что маска может быть меньше, так как ей не нужно покрывать всю поверхность подложки. В Samsung заявили, что этот метод позволит изготавливать дисплеи на подложке 8-го поколения с использованием все того же вакуумного напыления. До недавнего момента специалисты Samsung разрезали основание на 4 части перед тем, как наносить на него OLED-материалы. С появлением технологии малых сканирующих масок эта нужда отпала, так что эффективность производства повысилась.

Лазерное нанесение

Как можно догадаться из названия, это технология нанесения полимерно — органических материалов с помощью лазера. Сначала органический материал посредством вакуумного напыления наносится на плёнку, которую ещё называют донорской, плёнка в свою очередь помещается на основание.  Далее применяется лазер, который разогревает материал и переносит его на основание.

У этой технологии есть несколько методик, одна из которых называется лазерной термопечатью. Лазер действует намного точнее, чем вакуум (точность 2,5 мкм). Также этот метод более применим к крупномасштабным дисплеям, поэтому компания Samsung планирует заменить им все остальные применяемые технологии масок.

Лазерный метод, однако, все еще затратный по используемым материалам, так как часть с вакуумным напылением никуда не делась, но эти материалы проще других перерабатывать.

Важно не спутать два схожих метода: лазерного нанесения и лазерной кристаллизации. Суть второго метода заключается в том, что для превращения аморфного кремния в уже известный нам низкотемпературный поликристаллический кремний используется эксимерный УФ-лазер.

Технология струйной печати

Здесь для напыления берутся материалы, обработанные особым раствором, и распыляются на основании как при обычной струйной печати. Этот специальный принтер очень аккуратно и быстро напыляет, благодаря чему этот метод считается относительно эффективным и перспективным в масштабировании.

Сразу несколько компаний работают над технологией струйной печати, но производство таких дисплеев начнётся ещё не скоро. Основной задачей является создание быстросохнущих чернил. Над этим сейчас упорно работает компания Kateeva.

Помимо этого требуются достаточно эффективные и надёжные OLED-материалы, обрабатываемые в растворе. Полимерные OLED-материалы тоже пригодны для обработки в растворе, и они легко могут быть адаптированы для печати, а также возможно создание микромолекул, которые можно распылять. На самом деле несколько компаний (таких, как Merck, UDC и DuPont) уже заявили о прорывах в области разработок растворимых микромолекулярных OLED-материалов и даже о том, что они встали в один ряд с распыляемыми молекулами, так что можно сказать, что эта задача все-таки решаема.

Аэрографная печать

Компания DuPont совместно с Dai Nippon Screen разработала метод нанесения, который они назвали аэрографной (или распылительной) печатью. Разница со струйным методом в том, что тут чернила вылетают непрерывным потоком, а не каплями.

Печать с рулона на рулон

Очень перспективный метод производства, так как он может оказаться наиболее дешёвым в изготовлении крупноформатных дисплеев (особенно это актуально для производства световых панелей). Гибкое основание из металла или пластика сворачивается в рулон, который можно сделать длинным до бесконечности. Компоновка производится разными способами, среди которых струйная печать. Некоторые компании (в частности GE) ведут активные разработки в этом направлении.

Вообще, специалисты из GE работают над этим ещё с 2003 года. А в 2007 году у компании наблюдались довольно высокие коэффициенты дефектности (с производства выходило только 65% изделий), но вскоре проблему устранили, и выход производства составил 90-95%. Другой трудоёмкой задачей для научных сотрудников оказалась изоляция. Чтобы решить проблему, они придумали гибкие высокобарьерные слои — плёнки (с применением улучшенной технологии паро-химического напыления), которые были прозрачными и хорошо клеились. В GE абсолютно уверены: к 2015 году они уже смогут печатать OLED-дисплеи, которые будут одновременно недорогими и эффективными.

светодиоды oled

Ротационное отложение

Основание вращается на высокой скорости, а жидкая форма OLED-материалов разбрызгивается на него. Центробежная сила равномерно распределяет их на поверхности. Основание крутится в горизонтальной плоскости, как пластинка в граммофоне, на который кстати, эта центрифуга чем-то похожа. Этот прибор может использоваться на очень тонких плёнках, но, как и вакуумному напылителю, ей требуется дополнительное количество материалов, так как их часть может отложиться на края основания.

Шлицевой метод нанесения

В специальном контейнере содержатся органические материалы в жидком состоянии, затем в камере происходит перепад давления, что отделяет их от воды и переносит на подвижное основание. Это очень простой и действенный метод, который применяют при нанесении покрытий, в результате которого получаются длинные одинаковые полосы. Способ позволяет быстро наносить покрытия на движущиеся подложки.

Печать органическим паром

Технология нанесения органическим паром была открыта компанией Universal Display и Принстонским университетом. В камеру с низким давлением помещаются молекулы органических полимеров, которые под влиянием внутреннего инертного газа, например азота, переносятся на основание. Далее компания Universal Display передала патент на эту технологию фирме Aixtron, которая производила стандартное и экспериментальное оборудование для научных разработок. По словам специалистов Aixtron, метод печати органическим паром более точен и продуктивен, чем технология вакуумного напыления. Несмотря на это, метод пока не применяется в серийном производстве.

В Universal Display была ещё одна разработка: способ струйной печати органическим паром. Проще говоря, это гибридная технология нанесения органическим паром и струйной печати.

Органические материалы выпариваются в маленькой камере, а потом накладываются через крошечные распылители. Таким образом, создаётся прицельные струи газа, направленные на основание. По мнению разработчиков, это точная и действенная технология.

Характеристики OLED-устройств

Для оценки эффективности работы OLED-устройств применяется более 10 параметров, перечиленных ниже.

Энергетическая эффективность OLED

Для  устройств светодиодного освещения энергетическая эффективность выражается в единицах люмен на Ватт (Лм/Вт) и принята в качестве основной. Именно этот параметр учитывается прежде всего при оценке достигнутого уровня и планирования развития светодиодной индустрии. Данный показатель современных светодиодов (LED) составляет 100 Лм/Вт. На лабораторном образце белого светодиода компания Nichia Corp. получила эффективность 150 Лм/Вт при постоянном токе 20 мА. Вычисление теоритического предела эффективности по мощности представляет некоторые трудности из-за множественности взаимосвязанных параметров, влияющих на эффективность источника излучения. По этой причине велечины теоритической максимальной эффективности, приводимые разными источниками, сильно разнятся между собой: 360,370 и 683 Лм/Вт. Лучший результат по эффективности, полученный на лабораторном образце OLED, уже сегодня превышает 180 Лм/Вт.

Яркость свечения

Яркость свечения измеряется в канделах (кд/м²), является самой распространенной и простой характеристикой OLED-устройств.

Напряжение включения и рабочее напряжение

Среди параметров, характеризующих работу OLED-устройств, часто упоминается напряжение включения и рабочее напряжение. Данные величины позволяют определить суммарную проводимость органических слоев и оценить люминисцентную эффективность эмиссионного слоя.

За напряжение включения принято считать напряжение, при котором яркость свечения светодиода достигает 1 кд/м² или плотность потока достигает 0,1 мА/см². Обе величины легко определяются при регистрации вольт-яркостных и вольт-амперных характеристик светодиода.

Рабочее напряжение не имеет четкого определения, хотя этот параметр, для эксплуатации OLED наиболее важен. В большинстве случаев показатель соответствует напряжению, при котором достигается оптимальная яркость и эффективность (люминисцентная, токовая, энергетическая). Для лабораторных светодиодов рабочее напряжение имеет границы от 3 до 40 В. Приемлемый диапазон находится в пределах 3-5 В, что необходимо для их долговременной работы. Такие значения обусловлены параметрами современных электронных систем, в которые интегрируются OLED. Кроме того, с точки зрения энергопотребления использование низких рабочих напряжений весьма существенно.

Цвет свечения

Использование OLED для освещения накладывает дополнительные требования на спектр электролюминисценции. Необходимо получить не просто белый цвет, а цвет, который удовлетворяет жестким медико-биологическим стандартам. В противном случае освещение будет приводить к нарушению восприятия окружающих предметов, а также к тяжелым психологическим проблемам, стрессам и даже офтальмологическим проблемам.

Срок службы OLED — устройств

Все OLED-девайсы когда-нибудь сталкиваются с выгоранием яркости, если конечно они не будут заменены раньше пользователем на более современную, усовершенствованную модель. Когда органические светодиоды были открыты, их излучение продолжалось буквально несколько секунд, и уже тогда учёные поняли, что недолговечность этих устройств будет одним из самых существенных минусов. Эксплуатационный ресурс считается близким к завершению, когда яркость дисплея выгорает наполовину (это ещё называют периодом полужизни). Как правило, когда яркость составляет 70% от первоначальной , эксплуатацию завершают.

За прошедшие несколько лет наблюдается скачок в развитии этих материалов.

светодиоды oled

Компания Universal Display представила новый материал – P2OLED. Их продуктивность была следующая: 176 000 часов для зелёного цвета, 126 000 — для красного и 8 000 – для светло-синего.

светодиоды oled

На рисунках ниже показано, насколько быстро развивалась технология P2OLED специалистами компании UDC.

светодиоды oled

Синие фосфорецентные OLED-элементы более эффективны, чем их флуоресцентные собратья, но они не так надёжны (срок их эксплуатации ниже). К счастью, OLED-компоненты можно комбинировать (это относится к гибридным органическим диодам): например, в Samsung используют красные PHOLED вместе с флуоресцентными голубыми и зелёными (было объявлено, что компания собирается перейти на зелёные  PHOLED-элементы в некоторых линейках продуктов для повышения эффективности). Другое возможное решение этой проблемы заключается в том, что можно использовать более крупный синий подпиксель (который будет больше зелёного и красного подпикселя), понизить его яркость (и он будет таким же ярким, как зелёный и красный подпиксель), таким образом, срок эксплуатации увеличится. Компания Universal Display предложила новый тип архитектуры, где светло-синий подпиксель добавляется к классической структуре RGB (то есть, имеются 4 различных цвета: красный, зелёный, светло-синий и темно-синий или RGBB). Эта новая технология, подходящая  кстати, как для световых дисплеев, так и для телевизоров, позволит внести существенные изменения в направлении эффективности и сроков эксплуатации, считают специалисты из UDC.

Если взять мультицветный световой дисплей, то срок службы синего цвета ограничится сроком службы всего дисплея, а это уже 20 000-50 000 часов. Конечно, это ещё зависит от способа использования, какие цвета будут чаще использоваться. К примеру компания LG Display ставит для своих OLED-телевизоров с диагональю 55 дюймов срок эксплуатации, равный 30 000 часов: это более 10 лет, если смотреть его по 8 часов каждый день.

Как уже было сказано, яркость со временем выцветает, также появляется проблема приработки (это относится и к плазменным экранам, и к старым дисплеям на электронно — лучевых трубках). Если на дисплее устройства, которым вы пользуетесь, подолгу отображается какая-нибудь иконка или значок (например, индикатор заряда батареи или сети на телефоне), пиксели на этом месте выгорят быстрее и со временем они станут менее яркими. Решением этой проблемы может стать создание графического пользовательского интерфейса, который уменьшит влияние этих негативных факторов (стабилизирует использование пикселей). Существуют технологии внешней компенсации, которые отслеживают работу отдельных пикселей (или подпикселей).

Температура цвета. Шкала Кельвина

Цветовая температура определяет спектральный состав излучения источника света. Также это отражение объективности восприятия света человеком.

Любой предмет в нашем мире имеет определенную температуру, выше абсолютного ноля, соответственно присутствует тепловое излучение. Единица измерения данного параметра, была предложена в 1848 году William Thomson (он же лорд Кельвин), официально утверждена в Международной системе единиц (СИ) и как водится названа в его честь.

Все начинается с ноля  в том числе и световое излучение. Существует такое понятие как абсолютно черное тело — идеализированный объект, поглащающий все падающее на него излучение и ничего не отражающий. Все объекты излучают тепло, какие то лучше какие то хуже, в зависимости от условий, именно поэтому применяют модель черного тела являющуюся «идеальным тепловым излучателем».

светодиоды oled

Цвет абсолютно черного тела в зависимости от температуры нагревания.

  • Начало отсчета начинается с «0» Кельвин – это и есть абсолютный ноль температуры .
  • При нагреве до 800 К мы уже видим слабое красное свечение абсолютно черного тела.
  • Повышая температуру мы получаем более насыщенный красный свет, т.е условно говоря красному цвету соответствует температура 1300К
  • При 2000К мы увидим оранжевый оттенок , схожий с цветом угольков в костре или пламенем свечи.
  • Желтый цвет соответствует температуре 2500К
  • Белый цвет 5500 К похожий цвет свечения солнца в 12.00 по полудню
  • Голубой спектр  9000К , нагреть тела до такой температуры или выше можно только в лабораторных условиях

Цветность света очень хорошо описывается цветовой температурой

светодиоды oled

Диаграмма цветности

Существуют 3 базовые цветности света: ˂ 3300К теплый-белый, 3300-5000К нейтральный-белый и ˃ 5000К белый.

Для светодиодных источников света существует более широкая цветность света: теплый белый, дневной белый, белый, холодный белый

Индекс цветопередачи

Необходимость во введении CRI была вызвана тем, что 2 различных источника освещения могут иметь одинаковую цветовую температуру, но отображать цвета по-разному.

Для каждого человека восприятие того или иного цвета весьма субъективное. То есть можно сказать, что «название» цвета не более чем, соглашение между людьми называть его именно так, к примеру «желтый». Корректное цветовое восприятие – больше психологический процесс, нежели физический. С этим связана необходимость объективной количественной формы передачи цвета.

Индекс цветопередачи CRI (Color Rendering Index)  является количественной мерой способности источника света для воспроизведения цвета различных объектов по сравнению с идеальным или источником света природного происхождения. Видимый свет отличается своим оттенком, видимые предметы своей четкостью. Основными параметрами, отвечающими за данные характеристики, считается индекс цветопередачи и цветовая температура.

Источники с одинаковой цветностью излучения (такие, как OLED) могут иметь весьма различные характеристики цветопередачи, что объясняется спектральным составом излучаемого ими света.

В зависимости от места установки источника света (OLED) и выполняемой им задачи искусственный свет должен обеспечивать возможность наиболее лучшего восприятия цвета (как при естественном дневном освещении).

Данная возможность определяется характеристиками цветопередачи источника света, которые выражаются  с помощью различных степеней «общего коэффициента цветопередачи» Ra.

Коэффициент цветопередачи отражает уровень соответствия естесственного цвета тела к видимому цвету этого тела при освещении его эталонным источником света. Для определения значения Ra фиксируется сдвиг цвета с помощью эталонных цветов (указанных в стандарте DIN 6169), который наблюдается при направлении света тестируемого или эталонного источника света на эти эталонные цвета.

Чем меньше отклонение цвета света тестируемого OLED от эталонных цветов, тем точнее будет восприятие цветопередачи. Источник света с показателем цветопередачи Ra=100 излучает свет, оптимально отражающий все цвета, как свет эталонного источника света. Чем ниже значение Ra, тем хуже передаются цвета освещаемого объекта.

Потребление электроэнергии OLED-устройствами

Эффективность OLED-панелей будет выше, чем у обычных малоразмерных флуоресцентных ламп, однако они, возможно, не станут эффективнее LED-панелей. Хотя современные OLED-панели ещё не достигли своего уровня.

Температурный диапазон работы

Современные OLED-приборы способны нормально функционировать при температурах

-40…+80°С.

Деградация OLED

Органические светоизлучающие устройства в условиях эксплуатации, постепенно снижают свои рабочие показатели: снижается яркость, искажаются цвета, изменяется напряжение и сила тока. Эти изменения определяют время жизни  светодиода. Следует отметить , что изменения характеристик устройства может происходить и в неработающем состоянии, однако при пропускании тока процессы разрущения значительно ускоряются. Полная деградация в некоторых случаях заканчивается в течении нескольких часов или даже минут, но может протекать и длительный период – десятки и сотни тысяч часов. Принято различать три основных механизма выхода из строя OLED: появление и развитие темных пятен (нелюминисцирующих участков) на светящейся поверхности диода, электрический пробой и внутренняя деградация, выражающаяся в прогрессирующем понижении яркости и изменении цвета эмиссии.

Появление и постепенное расширение темных пятен объясняется несколькими причинами, одной из которых является локальное расслоение катода и прилегающего органического слоя. Такой деффект, в свою очередь, может быть следствием плохой адгезии катода к материалу соседнего слоя, попаданием механических загрязнений при напылении катода, выделением газа или летучих веществ из органического слоя в результате электрохимических реакций или локального нагрева при пропускании тока. Причиной расслоения могут быть также изменения в органическом слое в виде появления крупных зерен, приводящие к нарушению контакта в интерфейсе органический слой/катод. Существенной причиной появления неэмиссионных участков являются химические реакции катодного металла и органического вещества с кислородом и влагой воздуха, способными проникать в OLED-дисплей. С меньшей вероятностью, но тем не менее реальной причиной появления темных пятен может быть вода на поверхности анода, сохраняющаяся даже после тщательного высушивания. Темные пятна иногда объясняются существованием в органических слоях микроканалов с повышенной проводимостью, возникающих в результате нарушения структуры материала или из-за примесей. Повышенный ток в точке канала приводит к местному разогреву и далее к разрушению вещества и потере светимости. Простым и практически единственным способом защиты от появления темных пятен является (кроме использования высокочистых материалов и тщательного выполнения сборки) капсуляция устройства, то есть изоляция рабочих слоев и электродов от окружающей атмосферы. С этой целью всю конструкцию светодиода покрывают слоем полимера или плотного вещества, например нитрида кремния, который может быть напылен в вакууме. Для устройств со стеклянной несущей основой практически всегда используется метод заклеивания, при котором сэндвичевая структуа OLED покрывается вторым стеклом в инертной атмосфере и оба стекла склеиваются по периметру. Технология капсулирования хорошо отработана, и проблема считается решенной.

Причины электрического пробоя или короткого замыкания между электродами, приводящего к немедленному прекращению свечения, тоже кроются в присутствии деффектов в органическом материале. Через дефектные участки начинает протекать повышенный ток, материал в этой точке разогревается и плавится или разлогается, приводя к образованию короткого замыкания. Установлено, что использование переменного тока значительно снижает вероятность пробоя.

Деградация проявляется как постепенное и ровное понижение яркости или искажение цвета всей светящейся площади OLED.  В отличии от электрического пробоя и потемнения за счет темных пятен третий путь разрушения светодиода не зависит от внешних факторов, а определяется природой материалов, входящих в состав устройства.  Одной из основных причин ухудшения показателей устройства, так же как и в первом случае, является фазовая нестабильность органических материалов. Появление участков с более крупными кристаллами приводит к понижению зарядопроводящих свойств слоя, нарушению контакта между органическими слоями.

Среди эмиссионных материалов, генерирующих три основных цвета — красный, зеленый и синий, особенно низкой устойчивостью отличаются синие люминофоры. В связи с этим поиски новых устойчивых голубых эмиттеров были и остаются особенно актуальными.

Экологичны ли OLED-материалы?

OLED-дисплеи и панели могут быть очень эффективными, но экологичны ли они?

Тяжёлые металлы: в OLED-материалах не содержится никаких вредных или токсичных элементов типа ртути, их легко утилизировать и перерабатывать. Фосфорецентные OLED-материалы содержат тяжёлые металлы (иридий), но они нетоксичны и их количество крайне мало.

Транспортировка: OLED-панели очень тонкие и лёгкие. Например, OLED телевизор LG с диагональю 55 дюймов всего 4 мм толщиной и весит 3-5 кг. Это значит, что для транспортировки OLED-панелей в сравнении с ЖК потребуется меньше ресурсов, что нанесет меньше вреда окружающей среде.

светодиоды oled

Освещение на базе органических светоизлучающих диодов

Возможно, что органические светоизлучающие диоды — будущее всего освещения, технология, которая позволит создавать тонкие и сверхэкономичные световые панели. Также эти удивительные полимерные материалы предлагают настоящее раздолье для воображения дизайнеров: их можно сделать прозрачными, гибкими или вовсе меняющими свой цвет, как хамелеон.

светодиоды oled

Свойства освещения органических полимеров изучались в лабораториях крупнейших мировых компаний (включая OSRAM, GE и Philips), а также десятками небольших. Световые панели из органических полимеров всё ещё довольно сложны в производстве и недостаточно эффективны, но технология развивается. Некоторые световые панели уже можно увидеть в продаже: они предназначены как для экспериментальных установок, так и для световых инсталляций премиум класса.

светодиоды

Первая OLED-лампа была представлена известной компанией Osram в 2008 году. Лампа, дизайном которой занимался Инго Мауэр, содержала 10 OLED-панелей, а всего таких ламп было изготовлено 25 штук, каждая стоила 25 000 евро. На сегодняшний день такие лампы могут предложить несколько компаний, цена самой недорогой из них составляет около 500 долларов.

Органические светодиоды

В 2009 году компания Philips стала первой, кто представил световые OLED-панели под брендом Lumiblade. Эти панели в основном пользуются спросом у дизайнеров, которые экспериментируют с новыми технологиями. Хотя, они используются и при создании световых инсталляций высокого класса: к примеру, компания Aston Martin не поскупилась и купила около 800 панелей марки Lumiblade для украшения своей выставки в Великобритании — все панели крепились к потолку.

Среди компаний, предлагающих образцы световых OLED-панелей, можно выделить следующие: Philips, OSRAM, Lumiotec, LG Chem, Panasonic Idemitsu OLED Lighting, Verbatim и Konica Minolta. Большинство панелей несгибаемые и на стеклянной подложке, зато они наконец-то стали прозрачными и некоторые даже с регулируемым цветом. Наверное скоро в продаже мы увидим первые гибкие модели.

Самая большая световая OLED-панель была создана при участии сразу нескольких корпораций, среди которых Philips, OSRAM, Novaled и Fraunhofer IPMS. Размеры панели  33×33 см (площадь активной области 828 см², светосила 76%), её световой поток 25 люмен на ватт при яркости 1 000 кандел на м². Самая большая световая OLED-панель, которую можно купить, продаётся под брендом Lumiotec. Её размеры 15х15 см. Световой поток самой яркой панели равняется 60 люмен на ватт — почти как у компактной люминесцентной лампочки (у них обычно от 50 до 70 люмен на ватт). У компании Panasonic получилось создать очень эффективную панель со световым потоком 128 люмен на ватт. А американская компания DoE планирует к 2020 году повысить значение светового потока до 150-170 люмен на ватт.

Органические светодиоды

Многие продаваемые на сегодняшний день световые OLED-панели можно считать прототипами: они дорогие, производятся ограниченными выпусками, не гнутся, так как крепятся на стеклянную подложку и не достаточно эффективны. Настоящее серийное производство этих панелей всё еще остается вопросом нескольких лет до тех пор, пока компании, занимающиеся его решением, не придумают, как снизить цену, увеличить масштаб и повысить эффективность. Скорее всего, это произойдёт к 2015-2017 году.

Органические светодиоды

OLED-освещение

Рынок осветительных устройств на органических полимерах всё ещё находится в зачаточном состоянии. Конечно, есть компании, которые производят световые OLED-панели (Philips, Osram, Panasonic, LG Chem и Lumiotec), но массовое производство пока не было запущено ни у одной из них, цена всё ещё очень высока, а эффективность неоднозначна (что касается яркости и срока службы). Вероятно, что уйдут годы, прежде чем технология будет достаточно развита, изделия будут доступны по адекватной цене и будут более производительны. Скептики полагают, что OLED-технология так и не будет доведена до такого прогресса.

Органические светоизлучающие диоды (OLED)

Обороты мирового рынка OLED-освещения равняется примерно 75 миллиардам долларов, так что даже мизерный его процент — великое достижение для любой компании. Скорее всего, основными клиентами таких компаний будут другие компании, нежели частные лица: органические светодиоды дорого стоят, но дешево обходятся. Помимо классического освещения, органические полимеры можно втиснуть в рынки дизайнерского освещения, автопром и др.

Органические светоизлучающие диоды (OLED)

Светодиоды oled освещение, подсветка. Органические светоизлучающие диоды

Есть предположение, что рынок OLED-освещения резко возрастёт в 2015-2016 году, а обороты будут почти равны 5 миллиардам долларов. В основном, они будут применяться в автопроме, однако считается, что в 2016 году первенство перейдёт классическому освещению (2,7 миллиарда долларов прибыли), за которым будет следовать рынок архитектуры (950 миллионов долларов) и автомобильный рынок (800 миллионов).

В DisplaySearch не так оптимистично настроены, и предсказывают достижение рынком оборотов 6 миллиардов долларов только к 2018 году.

Это не мешает некоторым аналитикам сомневаться в успешности этого рынка. В июле 2011 года компания Lux Research обнародовала отчёт, который гласил, что в 2020 году рынок OLED-освещения обернётся 58 миллионами долларов. Это объясняется тем, что органические светодиоды всегда будут стоить дороже, чем прочие осветительные элементы. Понятно, что и их цена когда-нибудь начнёт падать, но к этому времени цены на все остальное упадут ещё ниже, в результате чего OLED-устройства все равно будут оставаться дорогими , что повлияет на их рентабельность.

Это интересное мнение. Учитывая тот факт, что все производители освещения, так или иначе, вкладывают огромные деньги в OLED-индустрию.

Почему именно OLED-освещение: а почему нет?

Явление органических светодиодов считается самой захватывающей технологией современности. Первая причина — их перспективная эффективность. Теоретически они могут быть очень эффективны, ожидается, что их световой поток скоро достигнет отметки 150 люмен на ватт, а потом они обойдут компактные светодиодные лампочки. Если не считать мизерных количеств нетоксичного, но тяжёлого иридия, они не содержат токсичных или радиоактивных элементов, так что их легко перерабатывать. Это значит, что органические полимеры — довольно экологичный материал.

Светодиоды oled освещение, подсветка. Органические светоизлучающие диоды

Вторая причина — это безграничные возможности для воплощения фантазии и креатива. Органический светодиод — это тонкое светоизлучающее устройство. Они не излучают точечное освещение, как обычные диодные лампы, и не излучает линейный свет, как флуоресцентные лампочки. Органические полимеры можно сделать гибкими и прозрачными, так что их можно будет поместить, например, непосредственно в оконное стекло, и они сольются с ним, когда вы их выключите.

Светодиоды oled освещение, подсветка. Органические светоизлучающие диоды

Также такую панель можно расположить на любой криволинейной поверхности.

Ещё одним положительным свойством органических полимеров является их световая температура. Они могут излучать очень красивый, приятный и в то же время натуральный свет. Цвет также может регулироваться, и будет меняться от лёгкого прокручивания диммера с выбором цветовой температуры свечения. Можно поставить автоматическую смену цвета или настроить смену в соответствии с временем суток.

Огромнейшей проблемой этих чудо-диодов является их стоимость — цена продающихся сейчас световых панелей завышена до неприличия, и есть мнение, что OLED-устройства всегда будут стоить на порядок дороже, чем все остальные. Возможно, с помощью новых технологий производства удастся снизить цену и сделать эти устройства доступнее, но эта перспектива очень размыта. Постройка заводов по производству таких устройств требует нереально огромных вложений, на которые способны только те компании, которые свято верят в светлое будущее этой технологии, однако никто не может сказать, может ли хотя бы одна компания в мире совершить такой подвиг.

Другой проблемой, с которой столкнутся органические светодиоды в мире осветительных устройств, является то, что они не смогут заменить все стандартные осветители, потому что они не просто более современны, а качественно отличны. Нельзя же купить световую OLED-панель вместо перегоревшего точечного светильника или лампочки накаливания.

Органические светодиоды и прочие источники света

Можно выделить три основные осветительные технологии: это неорганические диоды, флуоресцентные лампы и лампы накаливания. Рассмотрим все три более подробно, чтобы понять, конкурентоспособность.

Лампы накаливания существуют уже целый век, их легко производить, они отличаются низкой стоимостью. Кратко о методе их работы: металлический проводок нагревается до определённой высокой температуры, которая заставляет его светиться. Свет, излучаемый такими лампами, считается очень приятным для наших глаз. Самой главной проблемой этих ламп, безусловно, является эффективность (примерно 90% энергии затрачивается на нагревание). Их светоотдача колеблется в пределах 10-40 люмен на ватт (высший порог доступен для некоторых галогеновых ламп). Срок их службы невелик, и составляет всего около тысячи часов. В многих странах даже запретили их продажу, и опять же по этой причине. В целом, всем ясно, что золотой век этой технологии подошёл к концу.

Флуоресцентные лампы кажутся удачной заменой лампам накаливания. В этих газоразрядных лампах используется ртуть, которая излучает УФ-излучение, в результате которого фосфор излучает видимое нам излучение. Они более дорогие, но эффективные (светоотдача 50–75 люмен на ватт) и срок их работы больше (от 6 000 до 15 000 часов). Основная проблема данного источника света: ртуть, которую сложно утилизировать.

Неорганические светодиоды — это полупроводники, которые излучают свет. У них есть несколько преимуществ: они более эффективны (светоотдача 100-150 люмен на ватт), они меньше, срок их службы больше (обычно от 25 000 до 100 000 часов). Неорганические диоды также более прочные.

Они поддерживают много цветов, не содержат ртути. Однако, они достаточно дорогие, особенно те, которые предназначены для популярных брендов.

Многие уверены, что в будущем рынок освещения будет поделён на три сектора: компактные люминесцентные, светодиодные и органические полимеры. Органические полимеры еще достаточно долго будут дорогой технологией, но именно они предоставят безграничную свободу для дизайнеров.

Качество OLED-освещения

Эффективность источников света — это один из решающих факторов, но не менее важно и качество освещения. Некоторым людям не нравится свет, излучаемый люминесцентными лампами, он считается излишне белым, холодным и искусственным. Светодиодные лампы излучают приятный глазу свет, с которым не могут сравниться все остальные. Однако у некоторых OLED-панелей заявлены более интригующие характеристики, например, они могут регулировать температуру цвет (вы можете менять оттенок освещения лёгким движением руки), это уже подойдет многим потребителям. Есть интересная идея: «научить» OLED-лампочку имитировать солнечный свет, таким образом, получится очень натуральное свечение.

Ещё один часто используемый параметр — показатель цветопередачи (CRI). Обычно он показывает, насколько соответствующе передаются цвета. Другими словами, это процент между цветовыми образцами, испускаемыми источником света в тестовых условиях, и  эталонным источником. У лампы накаливания этот коэффициент равняется 100, так как это почти идеальный излучатель. Для большинства людей коэффициент 80 в такой лампочке  считается хорошим для внутреннего освещения, а 90 и выше присваивается различным видам визуального контроля (печать, текстильная промышленность). Показатель цветопередачи как у Panasonic, так и Lumiotec, остаются на уровне 90 и выше.

Этот параметр часто становится предметом споров: высокий показатель цветопередачи не означает хорошую визуализацию цвета и не говорит о высоком качестве. На самом деле есть мнение, что цветопередача вообще неэффективный параметр для светодиодных устройств: некоторые исследования показали, что в некоторых случаях диодная лампочка с цветопередачей 20 светит лучше такой же, но с показателем 80. У показателей качества воспроизведения цветов есть ещё несколько стандартов, но этот используется чаще всех.

Осветительная OLED-промышленность

В освещение органическими полимерами за последние годы было вложено немало средств, вследствие чего появились эффективные источники освещения. Интересно наблюдать, но в трёх разных частях света (США, Европе и Японии) эта технология продвигается по-разному.

Министерство энергетики США полагает, что освещение на органических полимерах — потенциальное будущее следующего поколения осветительных устройств, поэтому они вкладывают миллионы долларов на всевозможные гранты по развитию этого направления, а руководят этими проектами крупные корпорации типа GE, DuPont и Universal Display, а также различные научно-исследовательские институты и университеты. Компания DOE поставила следующую установку: достичь планки по эффективности 125 Лм/Вт к 2015 году и 150-170 Лм/Вт к 2020 году. Органические светодиоды — не единственное направление, над которым там работают: например, также поддерживается технология светодиодных ламп на квантовых точках.

В Европе другой подход: там предпочитают поощрять компании, университеты и научно-исследовательские институты, такие как институт им. Фраунгофера, которые занимаются разработками OLED-устройств. Существуют десятки проектов под руководством таких организаций, как OSRAM, Philips, BASF, CDT, Novaled и Aixtron. В большинстве этих проектов применяются новейшие знания в технологии, производственных процессах и материалах, что может позволить уже в ближайшем будущем снизить стоимость OLED-панелей и повысить их эффективность. Не обходят стороной и внешний вид осветительных устройств, а также программное моделирование, придумываются новые области применения органических полимеров.

В стране восходящего солнца участие правительства в этих разработках менее выражено. Некоторые компании объединили свои усилия для того, чтобы им было, что поставлять на рынок органических светодиодных устройств. Так в 2008 году группа компаний (Mitsubishi, Rohm, Toppan Printing и Mitsui) образовали новый бренд, Lumiotec, и сосредоточили в нем все свои знания об органических полимерах. Сейчас под маркой уже выпускаются и продаются световые панели. Компании Mitsubishi и Pioneer ведут совместные разработки в этой области, а получившиеся продукты планируют реализовывать от бренда Verbatim. Совместное предприятие есть и у Idemitsu Kosan и Panasonic, которое они образовали в 2011 оду и назвали Panasonic Idemitsu. Сфера деятельности — исключительно органические светодиоды.