- 20 декабря 2019 г. в 14:08
- 13821
Прогресс неумолим, и на смену современным светодиодам когда-нибудь придет другой источник света.
По мнению специалистов, преемниками могут стать органические светодиоды (OLED).
Вот уже 10 лет, как OLED для освещения выпускаются серийно, за это время они успели почти «сойти с дистанции», но сейчас наблюдается возрождение интереса к ним, теперь уже на новой технологической основе.
Обычные светодиоды, повсеместно применяемые сейчас, изготавливаются из неорганических соединений. Наиболее распространенный вариант — нитрид галлия, известны также светодиоды на основе других соединений галлия.
Аббревиатура OLED расшифровывается как Organic Light-Emitting Diode (англ. «органический светодиод»). Отличительной их особенностью является то, что в основе создания лежат органические соединения.
У OLED есть неоспоримые преимущества. Вот наиболее важные из них:
- Большие физические размеры диода — до 10×12 см. Для сравнения, кристалл, излучающий свет в обычном светодиоде, имеет размеры порядка нескольких десятых долей миллиметра. Соответственно, чтобы получить большую пластину, равномерно излучающую свет (пример — офисный светильник), при использовании обычных светодиодов придется взять несколько десятков источников света и поставить молочный рассеиватель. Для OLED ничего этого не нужно, сразу получается равномерный свет.
- Возможность изготовления гибких источников света. Это открывает принципиально новые перспективы перед дизайнерами интерьеров.
- Большое разнообразие оттенков без использования люминофора. На основе соединений галлия можно получить, в лучшем случае, 10 различных оттенков собственного свечения кристалла. Чтобы получить больше, нужно или комбинировать светодиоды, или применять люминофор. Углерод обладает способностью образовывать практически бесконечное количество вариантов химических соединений, вот почему он стал основой жизни на Земле. Разнообразие органических соединений и обуславливает разнообразие доступных оттенков OLED.
Следует различать OLED и уже морально устаревшую технологию электролюминесцентных элементов. OLED действительно является диодом, у него есть анод и катод. Электролюминесцентные ленты и пластины работают на принципе, отличном от рекомбинации электронов и дырок, в p-n-переходе, поэтому неполярны.
Тем не менее OLED свойственны и серьезные недостатки:
- Меньший срок службы по сравнению с обычными светодиодами аналогичного класса.
- Белый свет в серийной продукции можно получить объединением в единой структуре трех слоев красного, синего и зеленого цветов свечения. Поскольку падение светового потока со временем сильно зависит от цвета свечения OLED, соответственно, красный, синий и зеленый слои будут деградировать с разной скоростью. В результате со временем свечение OLED приобретет неприятный грязно-зеленый оттенок. Для сравнения, при деградации обычного светодиода белого свечения его спектр также меняется, но в нем становится больше не зеленой, а синей составляющей, что воспринимается более естественно. Сейчас ведутся исследования по созданию OLED, излучающих белый свет в одном слое, но до серийного производства таких источников света еще очень далеко.
- Цена OLED в пересчете на 1 лм светового потока намного выше, чем обычных светодиодов — от 10 до 100 раз. Отсутствие необходимости в рассеивателе не покрывает этой разницы.
Светоотдача OLED
Десять лет тому назад светоотдача массово выпускаемых типов обычных светодиодов теплых оттенков состояла около 75 лм/Вт. А OLED имели светоотдачу до 50 лм/Вт. Для того, чтобы от обычных светодиодов получить такую же равномерность освещения, как от OLED, требуется использовать специальную оптическую систему (молочный рассеиватель, либо прозрачная пластина с нанесенными лазером направляющими канавками для распределения света, в которую светодиоды светят со стороны торца). КПД этой системы не превышает 70 %. Обычные светодиоды вместе с рассеивателем имели светоотдачу:
75 лм/Вт•0,7=52,5 лм/Вт.
Т. е. примерно такую же, как OLED, для которых рассеиватель не нужен. Но уже на момент написания статьи ситуация была иная. Массовые светодиоды теплого оттенка белого имели светоотдачу около 150 лм/Вт, а светоотдача серийно вы-пускаемых OLED-модулей подросла до 85 лм/Вт.
Таким образом, обычные светодиоды вместе с рассеивателем дают теперь светоотдачу:
150 лм/Вт•0,7 = 105 лм/Вт.
Это уже значительно больше, чем у современных OLED. Причем стоимость OLED пока что на порядок выше, так что проект использования OLED никогда не окупится за счет экономии электроэнергии. Для успеха новой технологии нужно было найти применения, где она способна дать иную выгоду. К сожалению, к этому пришли не сразу, что негативно сказалось на развитии OLED.
OLED-светильник IKEA Vitsand, выпуск которого начат в 2017 г. (в Россию пока не поставляется)
Взлет и падение
Серийное производство OLED-модулей началось в 2009 г. с проекта Philips Lumiblade. В немецком городе Аахене был развернут выпуск OLED-модулей, из которых, как из конструктора, можно было собирать декоративное оформление витрин магазинов. Поначалу модули были цветными, потом появились и белые модули, пригодные не только для витрин, но и для общего освещения.
Во многом Lumileds представлял собой социальный проект — изготовление панелей на заказ под конкретные задачи и близость к исследовательским центрам должны были способствовать созданию новых высокотехнологичных рабочих мест в Европе. Под проект было выделено финансирование Евросоюза.
Но большого спроса продукция не нашла из-за дороговизны. В итоге Philips в 2015 г. решила продать Lumiblade американской компании OLEDWorks. Панели под брендом Lumiblade Brite выпускаются.
По своим техническим характеристикам они до сих пор считаются лучшими среди всех панелей белого свечения и нередко применяются в дизайне интерьеров.
Параллельно OLED развивала и группа компаний LG. Первоначально это направление находилось в ведении подразделения LG Innotek, которое выпускает светодиоды для освещения. Но в 2014 г.
тематику передали в LG Displays, что отражало стремление LG сделать серьезную ставку на OLED-телевизоры. К слову, телевизоры и другие средства отображения информации — это то направление, где технология OLED уже сейчас дает впечатляющие результаты.
LG продолжает выпускать OLED-модули, которые находят свое применение в светильниках других производителей.
Наконец, в числе первопроходцев OLED-освещения следует отметить японскую компанию Kaneka. Она сделала ставку на внутренний японский рынок, особенно на торговлю и индустрию развлечений (рестораны, ночные клубы).
Сфера услуг в Японии высококонкурентна, и чтобы не разориться, нужно иметь какую-то «фишку». И такой «фишкой» стало OLED-освещение. Благодаря такой сфокусированности, OLED-бизнес Kaneka до сих пор весьма успешен.
В целом же к середине 2010-х годов интерес к OLED для освещения во всем мире пошел на спад. Была сделана попытка вывести OLED-светильники в luxury-сегмент, но она провалилась.
Предполагалось, что настольные лампы и подвесные светильники за несколько тысяч евро будут покупать себе в кабинеты руководители крупных компаний, чтобы подчеркнуть свой статус, а заодно приверженность инновациям. Но OLED-светильники противоречили основным признакам luxury-вещей.
Во-первых, такая вещь хотя бы теоретически должна служить дольше обычной, однако наиболее распространенные OLED-модули для общего освещения служат не более 30 000 часов, против 50 000 у недорогих обычных светодиодов.
Во-вторых, элитная вещь не должна быстро терять в цене, в идеале, с годами, она должна дорожать. А производители OLED-светильников регулярно выступают с заявлениями, что их продукция в будущем значительно подешевеет.
Автомобильная индустрия
Спасение для OLED пришло оттуда, откуда не ждали. С середины 2010-х годов все большее распространение стали получать электромобили. Электромобиль — это, во-первых, новые дизайнерские решения. А во-вторых, необходимость экономии места внутри кузова для размещения аккумуляторов и силовых кабелей большого диаметра. Обе задачи с успехом решает OLED.
Панели на основе органических светодиодов имеют толщину порядка 2 мм. Для сравнения, из-за наличия оптической системы толщина светодиодного светильника для салона автомобиля составляет несколько сантиметров.
А глубина светодиодных стоп-сигналов может измеряться десятками сантиметров. OLED без какой-либо оптики обеспечивает широкий угол обзора. Наклеили на кузов гибкий цветной OLED-модуль — вот вам и стоп-сигнал, либо указатель поворота.
Наклеили модуль белого свечения внутри салона — вот вам и светильник. Никаких значительных углублений в кузове делать не нужно. Применение OLED в автомобилях стало одной из центральных тем выставки Light+Buildnig во Франкфурте-на-Майне в 2018 г.
Лидерами внедрения OLED для освещения салона и сигнальных огней являются немецкие автопроизводители BMW и Audi.
Audi предложила делать стоп-сигналы на основе OLED многосегментными. При остановке сигнальные огни не просто загораются, а отображают некие символы, передающие дополнительную информацию водителю едущего сзади транспортного средства. Это, по замыслу разработчиков, должно повысить безопасность движения.
Ритейл
Другим направлением применения OLED, к которому в конце 2010-х годов возрос интерес, стала розничная торговля.
Человек движется на свет — это заложено в нас природой. Данное обстоятельство широко используется в дизайне торговых залов, чтобы принудить посетителей двигаться по определенной траектории. В качестве своеобразных световых ориентиров в магазинах расставляют OLED-панели.
Благодаря малой толщине, они отлично вписываются в дизайн помещения, а мягкий, рассеянный свет, который они дают, не раздражает покупателей, к тому же у OLED-панелей нет проблемы «синего пика», создающего дискомфорт. Такие решения уже сейчас используются в розничной торговле.
В торговле ювелирными украшениями OLED способен дать более равномерное освещение. К тому же тонкие панели практически не заметны в витрине. Дополнительные расходы на OLED окупятся за счет роста продаж дорогой дизайнерской продукции.
Другое направление использования — подсветка полок в стеллажах. Опять-таки большой выигрыш достигается за счет малой толщины OLED-светильников, а также благодаря отсутствию необходимости в теплоотводе для них (из-за большой излучающей поверхности, которая сама отводит тепло).
В отличие от других решений (светодиодная лента, линейные светильники), OLED-светильник можно располагать в непосредственной близости от освещаемого объекта, при этом не будет раздражающих покупателей бликов. Это позволяет увеличить количество полок при сохранении той же площади, занимаемой стеллажами.
Отличное решение, скажем, для небольшой частной булочной, расположенной в центре крупного города с дорогой арендой. Здесь OLED может дать вполне прямую выгоду.
Задние фары на основе OLED в концепт-каре BMW
OLED возрождается?
2019 год охарактеризовался началом нового бума на OLED-решения. Год начался с присуждения OLED-светильнику Sail производства компании Eureka престижнейшей международной награды за дизайн Grand Prix Du Design Award. В решении жюри особенно подчеркивается, что награда дана не только за «дизайн на все времена», но и за инновационность продукта.
Апрель. В США, по инициативе двух конгрессменов и одного сенатора, министерство энергетики выделило грант в размере $1 млн компании OLEDWorks.
Компания намерена потратить эти деньги на развитие технологии гибких OLED-панелей, повышение их светоотдачи и снижение стоимости за счет совершенствования производства.
В официальном обосновании было указано, что деньги выделяются для повышения конкурентоспособности американской промышленности, так как в странах Юго-Восточной Азии правительства уже субсидируют местных производителей OLED.
OLED-светильник Sail производства компании Eureka
Июль. Группа ученых из Дрезденского технического университета (Германия) сообщила о создании рабочего прототипа OLED-панелей с функцией солнечных батарей.
Если отделать такими панелями внешнюю поверхность здания и добавить аккумуляторы, а также управляющую электронику, то днем будет вырабатываться и накапливаться электричество, а ночью — те же панели будут освещать здание.
И ни киловатта электроэнергии извне для этого не потребуется.
Сентябрь. Тема OLED-освещения стала одной из центральных на конференции LED Forum, проходившей в Москве в рамках выставки Interlight Russia I Intelligent Building Russia (в качестве примера можно привести выступления Сергея Боровкова, LBC, Александра Гончарова, ГК «Транзистор», и Михаила Сивака, Formpost).
Выводы
Несмотря на наметившиеся успехи, OLED-освещению предстоит еще долгий тернистый путь к потребителю. В обозримом будущем оно вряд ли полностью заменит обычные светодиоды, тем не менее уже сейчас есть ниши, где применение такой технологии целесообразно: автомобили, ритейл и т. п.
«Убойным приложением» для OLED могут стать панели, совмещающие в себе функции источника света и солнечных элементов.
В том случае, если идею удастся довести до серийной продукции, такие панели произведут революцию в архитектуре, сделав подсветку зданий независимым от внешнего питания, без установки дополнительных солнечных панелей или ветряков, портящих его внешний вид.
Источник: Алексей Васильев
OLED – новая технология освещения в оптических приборах автомобилей Audi
«Туннель света» в подвале Audi Electronics Center, что находится в Ингольштадте, довольно темное и мрачное место – для того чтобы до конца понять как выглядит это место, давайте прольем немного света на ситуацию. Пол серый, стены задрапированы черной тканью, и только в центре помещения можно различить три образца концепт-каров от Audi, ярко освещенных различными оттенками красного и желтого. Комната создает впечатление сцены в театре, главным режиссером которого является Стефан Берлитц, руководитель отдела инноваций в освещении и электронике Audi. Данные помосты предназначены для испытаний последних разработок в сфере инновационной оптики Audi для своих автомобилей.
Берлитц является одним из инженеров разработчиков, которые вывели Audi в лидеры в современных технологиях оптических приборов автомобиля.
Светодиодные огни для светлого времени суток и для фар дальнего света стали верхом развития автомобильной оптики, теперь на очереди технология OLED.
Дисплеи на основе этой технологии стали уже достаточно зрелыми в электронной промышленности и доросли до уровня серийного производства.
Берлитц и его команда тесно сотрудничают с командой Audi Design, целью совместной работы которых является использование OLED технологии в наружном освещении автомобилей. Имнно команде Audi Design мы обязаны последними разработками в сфере цифровых зеркал от Audi, а такжеультра легких кузовов Ауди, описанных в предыдущих статьях. Думаем не подведут они нас и в развитии инноваций в сфере оптики автомобилей Audi.
Как воплощаются OLED-технологии в автомобильной оптике
OLED технология означает практически то же, что и LED, только органический. В отличие от светодиодов, которые состоят из полупроводниковых кристаллов, они являются органическими полимерами со свойствами полупроводников.
Толщиной всего в несколько нанометров, пастообразный материал 
занимает место между катодом и анодом, оба из которых имеют электропроводящее покрытие. Поскольку их толщина составляет всего несколько тысячных долей миллиметра, при необходимости все эти материалы могут быть прозрачными.
Две стеклянные пластины с полированной поверхностью заключают в себе все это собрание и делают его воздухо- и водонепроницаемым. В заключение этот «сэндвич», который всего миллиметр толщиной, заключается в металлический каркас.
Если подать на этот сэндвич низкое напряжение, то в электрическом поле будут излучаться фотоны, в результате чего поверхность будет освещена. Чем тоньше каждый из слоев материала, тем ярче свет.
Для получения разных цветов могут использоваться различные полимеры.
Так как светодиоды последнего поколения являются прозрачными, они могут быть установлены друг за другом для получения эффекта смешанных цветов. Что касается белого цвета, то он получается путем соединения всех цветов вместе.
Оптические приборы нового поколения в автомобилях марки Audi
Стефан Берлитц продемонстрировал задний свет, который его команда создала для новой модели Audi Q7.
Внутри автомобиля вы сможете увидеть свет, который исходит от четырех маленьких красных пластин OLED, выстроенных в один ряд, а восемь плоских сегментов составляют изогнутые желтые полосы, мигающие указатели поворота.
По словам Стефана, им очень хотелось успеть продемонстрировать данную технологию в действии путем выставления модели, оснащённой данной оптикой, на гонках Mille Miglia в Италии.
Но в поставленные сроки уложится не вышло и теперь его команда ждет очередного автомобильного мероприятия для демонстрации своих оптических инноваций. Кстати о ходе гонки Mille Miglia мы подробно писали в недавних статьях «О похождениях стариков Bentley Blowers на тысячемильных гонках Mille Miglia в Италии»
«Этого однородного визуального эффекта не возможно было бы достичь с обычными современными светодиодами, которые содержит в себе оптика автомобилей Audi», объясняет Берлитц.
«Светодиоды – это обычные точки света, которые нуждаются в дополнительных оптических приборах: отражателях, оптических проводниках и оптических рассеивателях фар.
Что касается поверхностей OLED, то они сами по себе являются источниками света, а также имеют привлекательную форму пластинок.
Они мало весят, невероятно быстро зажигаются, выделяют небольшое количество тепла, служат несколько десятков тысяч часов и потребляют энергии не больше, чем обычные светодиоды. OLED идеально подходят Audi, потому что они идеально сочетают в себе передовые технологии, максимальную точность и великолепный дизайн!»
Как известно из последних новостей Audi, план компании ввести органические светодиоды в серийное производство займет несколько лет. На нынешнем уровне разработки, новые диоды выдерживают только низкий ток, а максимальная приемлемая температура ограничивается 80 градусами по Цельсию.
Но уже в относительно недалеком будущем органические светодиоды будут использоваться в задней оптике автомобилей немецкого концерна, что же касается стоп-сигналов, которые должны быть в пять раз ярче оптики задних фар, то с ними придется повременить еще несколько лет.
Но Берлитц уже может визуализировать то будущее, когда OLED будут использоваться в боковых огнях и в фарах Audi для езды в светлое время суток.
Свободная форма, возможно, может быть получена с помощью промежуточного решения – размещение маленьких пластинок в трех измерениях. Скопления такого рода могут быть установлены в любой части конструкции кузова автомобиля, как вы можете это увидеть на концепте будущей Audi R8 OLED.
Новая модель оснащена полосами, состоящими из сотен треугольных светодиодов по бокам, сзади и внутри автомобиля. «Мои коллеги из конструкторского отдела преобразовали весь автомобиль в большой источник света!», говорит Берлитц.
«Это позволит автомобилю использовать сигнальные фары целым рядом различных способов, которые могут постоянно изменяться!»
«Косяк» — это еще один сценарий будущего оптики компании Ауди. В этом случае задняя часть автомобиля превращается в большую освещенную поверхность, бесчисленные точки мерцающего света, напоминающие рыбный косяк, повторяющий каждое движение автомобиля.
Когда водитель поворачивает вправо, косяк движется в том же направлении, когда он или она нажимают педаль тормоза, «рыбки» устремляются вперед, и чем с большей скоростью движется автомобиль, тем более суетливым становиться движение «рыбок» в косяке.
Таким образом, органические светодиоды сообщают движущемуся позади водителю, обо всех действиях и маневрах автомобиля.
«Косяк» использует OLED в техническом дисплее, матрица которого состоит из большого числа единиц размером с пиксель, которые могут быть под напряжением по отдельности. OLED-косяк сочетает в себе практичность с привлекательностью, или как пишет Берлитц: «Выглядит это просто потрясающе, но главным образом, это не элемент декора, а определенная функция системы безопасности!»
Но как говорится: «Лучше 1 раз увидеть, чем 100 раз услышать»! Итак, как и обещали, технология OLED от компании Audi в действии
OLED-технология — перспективное решение для систем освещения?
В обеих технологиях свет генерируется полупроводниками, которые преобразуют электрическую энергию в световое излучение. Светодиоды позволяют создавать цветовые эффекты, что намного превышает возможности ламп накаливания.
В качестве источников света, обеспечивающих высокую энергоэффективность, у СД и ОСД большое будущее. Однако на этом сходство между ними заканчивается.
Существует ряд различий между СД и ОСД по структуре, типу излучаемого света и способам их применения, за счет которых они дополняют друг друга.
Сравнение ОСД и СД по типу излучаемого света
Ключевая разница между структурами ОСД и СД заключается в том, что ОСД созданы на основе органических полупроводников (например, тех, которые используются в органических солнечных элементах), тогда как основу СД составляет неорганический кристалл.
Имеется также визуальное отличие между этими двумя типами твердотельных источников света. СД представляют собой мерцающие точки света, тогда как ОСД — плоские панели, которые испускают равномерный свет, распределенный по всей поверхности устройства.
Излучение от них более спокойное, теплое, рассеянное и неяркое.
Благодаря тонкой и плоской конструкции ОСД, у них большие возможности монтажа, чем у СД или любых других источников света. СД за счет компактности превосходят ОСД в способности создавать направленное излучение.
ОСД никогда не смогут заменить светодиоды, у которых особые области применения, однако эти типы светодиодов очень хорошо дополняют друг друга, обеспечивая различные возможности в новом оптико-цифровом освещении, которое находит все большее применение как энергосберегающая технология.
Принцип работы ОСД
ОСД представляет собой тонкопленочную многослойную структуру из органических полупроводников, помещенных между катодом и анодом (см. рис. 1). При подаче на анод положительного относительно катода напряжения возникает поток электронов, протекающий через пленочную структуру от катода к аноду.
Анод, в свою очередь, забирает электроны из проводящего слоя, или отдает дырки. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой — положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют.
Этот процесс сопровождается испусканием электромагнитного излучения в области видимого света.
| Рис. 1. Структура ОСД |
Яркость излучения определяется напряжением между электродами и плотностью тока (см. рис. 2). Для генерации излучения разного цвета при создании пленок используются разные материалы.
| Рис. 2. Яркость ОСД является функцией источника напряжения (а) и плотности тока (б) |
Принцип действия ОСД идентичен тому, который работает в СД: транспортный и эмиссионный слои являются органическими эквивалентами тонких InGaN-пленок, применяемых в конструкции голубых или зеленых СД. Однако имеются и важные различия. Белые светодиоды ограничены по размеру, который составляет около 1 мм2, тогда как ОСД можно изготавливать размером в 1 м2.
В зависимости от применяемого органического материала для эмиссионного слоя, ОСД могут излучать любой цвет, в т.ч. белый с разной цветовой температурой.
Особенности освещения на основе ОСД
До сих пор стеклянная подложка ОСД — единственный прозрачный материал, который защищает внутреннюю структуру ОСД от воздействия влаги и воздуха.
В настоящее время ведется работа по созданию пластмассовой подложки, обеспечивающей необходимую защиту.
Такая подложка позволит изготовлять гибкие и пластичные ОСД-панели для осветительных нужд, превратив любую — плоскую или изогнутую — поверхность в источник света. Вероятно, гибкие панели на основе органических светодиодов появятся через 5—8 лет.
Органические светодиоды имеют уникальные характеристики и возможности, которые могут оказать большое влияние на применяемые методы освещения. Во-первых, ОСД создают мягкий рассеянный свет, а не яркое излучение.
Излучение у ОСД равномерное, сопровождается малым тепловыделением, очень хорошо регулируется (см. рис. 2, 3).
Благодаря таким качествам этот тип светодиодов широко используется дизайнерами, художниками и архитекторами при создании новых концепций освещения, которые позволяют в корне изменить привычный вид помещений.
| Рис. 3. Источник света на основе ОСД с регулируемой яркостью, компания Philips Lighting |
Перечисленные характеристики ОСД совместно с их высокой светоотдачей и продолжительным сроком службы — далеко не все параметры, определяющие возможность работы ОСД в качестве источников света в светильниках.
С точки зрения перспективы разработки, производителей светильников интересуют следующие оптические характеристики любого источника света (см. табл. 1).
Таблица 1. Оптические характеристики источников света
| Характеристика | Стандарт |
| Светоотдача, лм/Вт | |
| Яркость, кд/м | |
| Срок службы L70, ч | IES LM-80-08 |
| Относительная цветовая температура, К | ANSI C78.377 |
| Коэффициент цветопередачи, RA | CIE 13.3-1994 |
| Сортировка по цвету | ANSI C78.377 |
| Универсальный показатель ослепленности | CIE 117-1995 |
Производители ОСД, как правило, называют три параметра ОСД белого свечения: светоотдача (лм/Вт), яркость (кд/м) и срок службы (ч). Первые два хорошо известны, а в отношении срока службы надо сказать несколько слов.
В соответствии со стандартом IES LM-80-08, определяющим время деградации,
номинальный срок сохранности светового потока Lp — это «рабочее время, в течение которого световой поток СД сохраняется на уровне p от начального значения».
Например, для подсветки дисплея используются ОСД со значением L50, а в архитектурном освещении — L70. Как правило, многие производители заявляют о соответствии времени деградации их изделий на уровне L50.
Чтобы получить значение для L70, следует разделить на два величину для L50.
К началу этого года показатели коммерчески пригодных белых ОСД-панелей для освещения были следующими: светоотдача — 15 лм/Вт; яркость — 1000 кд/м2; время деградации L70 — 5 тыс. ч. Однако технология органических светодиодов быстро развивается. Например, производитель Visionox представил макет настольной лампы, у которой эти параметры были следующими: 40 лм/Вт; L70 — 50 тыс. ч.
В соответствии с законом Хейца, который успешно предсказал удвоение световой яркости СД каждые 1,5 года, можно разумно заключить, что светильники для архитектурного освещения вот-вот появятся. Производители ОСД называют сроки в 3—5 лет. Возникает разумный вопрос: что представляет собой светильник на органических светодиодах?
Перспективы развития ОСД
| Рис. 4. Перспективы развития ОСД по версии Philips Lighting |
В ближайшие несколько лет дизайнеры, архитекторы и другие потребители продукции на основе ОСД будут использовать ее во многих приложениях. В результате интенсивной научно-исследовательской работы осваиваются новые области применения изделий с использованием органических светодиодов.
Возможно, в скором будущем появятся переливающиеся разными цветами потолки, стеклянные стены, освещаемые взмахом руки, или окна, начинающие светиться с наступлением темноты [1].
ОСД будут востребованы там, где необходим ровный свет, яркость и цвет которого можно регулировать, а также в подсветке поверхностей произвольной формы (см. рис. 4 и табл. 2 и 3).
Таблица 2. Преимущества ОСД-освещения в настоящее время
| Характеристики | Преимущества |
| Тонкая конструкция | Большие возможности проектирования |
| Малый вес | Идеальный источник света в чувствительных к весу приложениях |
| Рассеянный неяркий свет | Отсутствие бликов |
| Высокая светоотдача | В настоящее время этот показатель сравним с показателем галогенных ламп. В будущем его значение увеличится до 140—150 лм/Вт |
| Отсутствие вредных материалов в конструкции |
Экологичность Простота утилизации |
| Низкое напряжение | Безопасность эксплуатации |
Таблица 3. Перспективы ОСД-освещения
| Характеристики | Преимущества |
| Регулировка цвета | Использование ОСД разного цвета расширяет возможности проектирования |
| Высокая цветопередача | Увеличивается диапазон применения |
| Прозрачность и гибкость |
Интеграция в приложения Источник света невидим в выключенном состоянии |
Однако многие производители ОСД не считают, что их изделия заменят традиционные лампы [2].
Дизайнеры освещения мечтают о создании светящихся обоев — механически гибкого источника света, который можно использовать в любом помещении.
Вопрос в том, примут ли эту радикально иную концепцию освещения потребители, которые привыкли пользоваться лампами, заслоняясь при необходимости от прямого света?
Для ответа на этот вопрос достаточно вспомнить модную полвека назад концепцию «светящихся потолков» на кухнях в жилых помещениях или в футуристических фильмах. Однако большинству потребителей она не пришлась по душе.
Заметным исключением стало освещение в Чикагском художественном институте, где мягкое, не дающее теней, излучение хорошо подошло для экспозиции скульптур и картин.
Многие другие примеры говорят о том, что предпочтительным является направленное освещение с тенями.
Несмотря на то, что большинство потребителей не принимает идею светящихся обоев и потолков, существует рынок миллионов люминесцентных трофферов (встраиваемых светильников), которые подлежат замене. Похоже, энергоэффективные ОСД-панели станут идеальным решением этой задачи. Существует, однако, иная проблема — ослепляющий эффект.
Ослепляющий эффект
Сила света линейных люминесцентных трофферов ограничена при больших углах зрения для предотвращения ослепляющего эффекта. Например, стандарт ANSI/IESNA RP-1 устанавливает максимальную интенсивность в диапазоне от 300 кд при 65°С до 60 кд при 85°С. Более специфичные требования стандарта CIE 117 определяют универсальный показатель ослепленности для направленных светильников.
Для моделирования освещения в помещении компания Lighting Analysts предлагает профессионалам пакет программного обеспечения AGi32, с помощью которого устанавливаются количественные показатели.
Нельзя заменять ОСД-панелями линейные люминесцентные трофферы направленного излучения, если при этом не используются оптические методы управления яркостью панелей при больших углах зрения. К сожалению, единственный способ добиться этого, не уменьшив светового потока панелей, заключается в повышении их яркости до уровня линейных люминесцентных ламп Т8 — 10000 кд/м2.
ОСД-панели можно использовать в качестве источников света в подвесных линейных светильниках ненаправленного излучения, однако при этом требуется обеспечить Ж-образное распределение силы света, чтобы избежать неприглядных ярких участков на потолке. Опыт проектирования таких светильников говорит о том, что при этом также необходимо реализовать яркость порядка 10000 кд/м2.
Изменение цвета
В ОСД белого свечения, как правило, используются разные электролюминесцентные материалы для создания красного, зеленого и синего излучения (см. рис. 4).
Балансируя между светоотдачей каждого материла, производитель ОСД устанавливает относительную цветовую температуру (CCT — Correlated Color Temperature) в широком диапазоне значений.
Для рынка архитектурного освещения это диапазон 2700…6500 К (ANSI C78.377).
Недостаток такого подхода заключается в том, что каждый электролюминесцентный материал имеет свой срок службы L70, причем у синих ОСД этот показатель, как правило, вполовину меньше, чем красных и зеленых материалов ОСД. По мере старения панели в ней неизбежно исчезают синие оттенки.
Однако для телеприемников с ОСД-экраном такой проблемы не существует, поскольку каждый цветовой пиксел независимо управляется видеоконтроллером. Все, что требуется в таком случае, это время от времени устанавливать приемлемый цветовой баланс дисплея.
У ОСД-панелей белого свечения отсутствует управление цветом. В результате изменение их цвета может стать неприемлемым задолго до окончания времени деградации по уровню L70.
Грубый расчет показывает, что это может произойти после снижения уровня светового потока на 1—3%.
Что значит «неприемлемое» изменение цвета? Стандарт ANSI C78.377 допускает изменение чистоты белого цвета СД в пределах 7-шаговых эллипсов МакАдама. Существует также стандарт ANSI C78.376, который определяет меньшие — 4-шаговые эллипсы МакАдама для линейных и некоторых компактных люминесцентных ламп.
Одно из решений проблемы изменения цвета состоит в использовании для каждой из полос красных, зеленых и синих ОСД-материалов отдельных драйверов и оптической обратной связи — метода, применяемого для твердотельных светильников с RGB-светодиодами. Однако при этом эксплуатация ОСД-панелей значительно усложняется.
| Рис. 5. Типичный спектр ОСД белого свечения |
Заключение
Требования к ОСД-светильникам для архитектурного освещения, касающиеся ослепляющего эффекта и изменения цвета в процесс эксплуатации, важны, но не исчерпываются только этими вопросами.
Имеются и другие параметры, которые следует принять во внимание — например, показатель цветопередачи и однородность яркости.
Необходимо также учитывать проблемы, связанные с источником питания и теплоотводом той энергии, которая не преобразуется в свет.
Несмотря на тот оптимизм, который испытывает индустрия светотехники в отношении развития технологий органических светодиодов, производители этой продукции, возможно, не в полной мере оценивают потребности архитектурного освещения.
Однако в результате масштабных исследований становится ясно, что через некоторое время технологии ОСД достигнут в своем развитии следующего этапа и станут востребованными на рынке осветительного оборудования.
После того как будут найдены фосфоресцирующие голубые источники света, обеспечивающие достаточно продолжительный срок службы, технически возможные значения светоотдачи превысят 110 лм/Вт. При этом наиболее сложным аспектом в реализации освещения на основе органических светодиодов является признание со стороны рынка конечных потребителей.
Чтобы получить его, требуется обеспечить высокое качество продукции, утвердить стандарты и установить хорошие контакты между всеми участниками рынка.
Литература
1. Siegfried Luger. OLED Technology — Status of a Promising Lighting Solution//
www.led-professional.com.
2. Ian Ashdown. The Future of OLED Lighting//www.led-professional.com.
Органический светодиод
| Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела.Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон. |
Схема OLED
Органический светодиод (англ. organic light-emitting diode, сокр. OLED) — полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, эффективно излучающих свет при прохождении через них электрического тока.
Основное применение OLED-технология находит при создании устройств отображения информации (дисплеев).
1,5-дюймовый (3,81 сантиметра) OLED-дисплей медиаплеера Creative ZEN V
Принцип действия
Для создания органических светодиодов (OLED) используются тонкоплёночные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров. При подаче на анод положительного относительно катода напряжения поток электронов протекает через прибор от катода к аноду.
Таким образом, катод отдаёт электроны в эмиссионный слой, а анод забирает электроны из проводящего слоя или, другими словами, анод отдаёт дырки в проводящий слой. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой — положительный.
Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Это происходит ближе к катоду, потому что в органических полупроводниках дырки обладают большей подвижностью, чем электроны.
При рекомбинации электрон теряет энергию, что сопровождается излучением (эмиссией) фотонов в области видимого света. Поэтому слой и называется эмиссионным.
Схема 2-слойной OLED-панели: 1. Катод (−), 2. Эмиссионный слой, 3. Испускаемое излучение, 4. Проводящий слой, 5. Анод (+)
Прибор не работает при подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения. В этом случае дырки движутся к аноду, а электроны — в противоположном направлении к катоду, и рекомбинации дырок и электронов не происходит.
Материалы и технологии
OLED-материалы делятся на микромолекулярные («small molecule» OLED), полимеры (Polymer Light Emitting Diodes — PLED) и гибриды первых двух видов[1]. Основная разница в производстве светодиодов — в способе нанесения светоизлучающих кристаллов на подложку.
SM-OLED изготавливаются методом вакуумного напыления, PLED — струйной печатью (более простая и дешёвая технология)[2]. В конце 1990-х годов Universal Display Corporation (UDC) разработала фосфоресцирующие органические светодиоды, в которых слои дырок и электронов выполнены на основе растворимого в полимере фосфоресцирующего низкомолекулярного материала[3].
Применение PHOLED диодов увеличивает яркость панелей в четыре раза по сравнению с традиционными OLED.
В качестве материала анода обычно используется оксид индия, легированный оловом. Он прозрачен для видимого света и имеет высокую работу выхода, которая способствует инжекции дырок в полимерный слой. Катод часто изготовляют из металлов, таких как алюминий и кальций, так как они обладают низкой работой выхода, способствуя инжекции электронов в полимерный слой[4].