Що таке органічні світлодіоди?

З приходом світової громадськості до концепції сталого розвитку, яка передбачає екологізацію всієї промисловості й підвищення екологічної свідомості споживача, товари, на яких є позначення «органічні», викликають великий інтерес і підвищення попиту. І органічні світлодіоди не стали винятком. Нові технологічні рішення і нові товари незмінно привертають увагу "просунутих" споживачів, що крокують в ногу з часом. Що це таке - органічні світлодіоди, які принципи їх роботи і перспективи використання? Це і є тема даної статті.

Зовсім трохи історії

Електролюмінесцентні властивості органічних матеріалів відкрив у 1950 році французький фізик Андре Бернаноз. Але тільки в 1987 році це відкриття придбало технологічне рішення в першому OLED-пристрій, виготовлений фірмою "Кодак". А в 2000 році відразу три хіміка – А. Мак-Диармид, Х. Сіракава і А. Хігер – були удостоєні Нобелівської премії за відкриття в області тонкопроводящих полімерів органічного походження. Тільки в 2008 році в продаж надійшла перша OLED-лампа фірми OSRAM, яких було виготовлено всього 25 екземплярів за ціною 25 тисяч євро. Сьогодні ж такі лампи пропонують кілька компаній за ціною від 500 євро, і існує вже кілька напрямків у OLED-технології: PHOLED, TOLED, FOLED та інші, які зрозумілі лише фахівцям.

Де органіка?

Як не дивно, але застосування слова «органічні» в даному контексті не має ніякого відношення до продуктів тваринного або рослинного походження. Органічні світлодіоди, або OLED (від англійського Organic Light Emitting Diode), – це напівпровідник, виготовлений з вуглецевого матеріалу, який генерує випромінювання при проходженні через нього електричного струму. При їх виготовленні використовуються продукти органічної хімії (сполуки вуглецю), що й дозволяє назвати їх органічними світлодіодами.

Пристрій і склад

Сам пристрій складається з чотирьох частин: підстави, анода, катода, що проводить і випромінюючого шарів. Підстава або підкладка можуть бути зі скла, пластику або металізованих пластин. Анод являє собою оксид індію, легованого оловом. Провідним і випромінюючим шаром служать шари полімерів та низькомолекулярних органічних сполук. Катод виготовлений з алюмінію, кальцію або іншого металу.

Технологія роботи не для фізиків

Органічні світлодіоди влаштовані за принципом бутерброда. Кілька тонких шарів напівпровідників органічного походження затиснуті між разнозаряженними електродами (позитивним і негативним). І все це розташовано на основі з прозорого матеріалу – скла або пластику (наприклад, гнучкого полимида). При проходженні струму через електроди вони утворюють заряджені частинки (квазічастинки і електрони). У середньому органічному шарі ці частинки концентруються і створюють високоенергетичне збудження, що і викликає випромінювання світла різних квітів органічної прошарком. Активною матрицею на органічних світлодіодах, таким чином, є саме люмінесцентні або фосфорецентние органічні шари.

Типи матриць органічних світлодіодів

OLED-дисплеї за типом матриць ділять на активно-матричні і пасивно-матричні. Активно-матричні пристрої управляються тонкоплівковими польовими транзисторами, що розташовані під анодною плівкою. У пасивно-матричних зображення формується в точці перетину перпендикулярно розташованих анодних і катодних смуг, при цьому управління здійснюється з зовнішньої схеми. Виходячи їх цього, існує три схеми кольорових OLED-дисплеїв:

З роздільними кольоровими емітером – три органічних матриці випромінюють три базових кольори (синій, зелений і червоний), з яких формується зображення.

З трьома білими емітером і спеціальними кольоровими фільтрами.

Блакитні емітери перетворять короткі хвилі в довгі хвилі червоного і зеленого кольорів.

Сучасне застосування

В наш час OLED-технології знаходять застосування в основному в узкоспециализованних розробках. Голографія і прилади нічного бачення, органічні дисплеї автомагнітол та цифрових фотоапаратів, екрани телефонів і джерела світла, телевізори та монітори – все це вже реалії OLED-технологій.

Термін служби OLED-девайсів

Всі сучасні пристрої, створені за даною технології, раніше чи пізніше виявляють вигоряння яскравості кольору. Ще при відкритті була виявлена недовговічність випромінювання органічних світлодіодів. Ресурс експлуатації пристрою сьогодні вважають практично вичерпаним, якщо яскравість дисплея знизилася на 50 %. Експлуатацію припиняють при даному показнику близько 70 %. Але інвестиції корпорацій в розвиток цих технологій дають свої результати – частіше споживач змінює застарілий девайс ще до того, як він підходить до близького завершення терміну служби.

Найбільш

Найбільша панель з органічними світлодіодами на сьогодні – це продукт спільного проекту корпорацій OSRAM, Philips, Novaled, Fraunhoter IPMS. Розмір панелі - 33 на 33 см, площа активної частини - 828 кв. см, а світлосила - 76 %. При яскравості 1 тисяча кандел на квадратний метр потік світлових частинок становить 25 люмен на ват. Продається сьогодні найбільша панель фірми Lumiotec має розмір 15 на 15 сантиметрів і світловий потік до 60 люмен на ват, що дорівнює одній люмінесцентної лампочці. А корпорація Panasonic до 2020 року планує запустити на ринок дисплей на органічних світлодіодах зі світловим потоком 128 люмен на ват. З нею змагається американська корпорація DoE, яка обіцяє панелі з потоком до 170 люмен на ват.

Перспективи OLED-панелей

Більшість існуючих зразків сьогодні є прототипами. Вони дорогі, виготовлені в обмежених партіях, не згинаються і поки недостатньо ефективні. Великі корпорації зосередили свою діяльність на здешевлення проекту, збільшення розмірів і підвищення продуктивності. Експерти прогнозують масове поява даної продукції з доступними цінами на світовому ринку до 2020 року.

OLED-освітлення

Органічні світлодіоди у висвітленні поки що представлені на ринку в зародковому стані. Масове виробництво даного товару поки не запущено жодної корпорацією. Ціна таких світильників все ще досить висока для середнього споживача, а яскравість і термін їх служби залишають бажати кращого. Оборот в 75 мільярдів доларів на світовому ринку, який становить частка OLED-освітлення, - це досить невелика сума. Споживачами даної продукції стають не фізичні особи, а інші корпорації, що займаються дизайном меблів і приміщень, а також корпорації автопрому.

Достоїнства і недоліки

У органічних світлодіодів є і переваги, і недоліки. Серед перших безперечні їх невисоке енергоспоживання і рівномірний розподіл світла по всій панелі, високий ККД, екологічність і м'яке світло. Але головна перевага – це можливість надання їм гнучкості й тонкощі. А недоліками можна вважати недовговічність служби діодів, дорожнечу і технологічні проблеми (органічна складова окислюється при контакті з водою, що вимагає додаткової герметизації). Але корпорації продовжують вкладати інвестиції в розвиток цих технологій, вбачаючи в них майбутнє електроніки.

Наскільки це екологічно

У OLED-матеріалах не містяться важкі метали і токсичні елементи типу ртуті. Вони легко переробляються і не вимагають спеціального збору і додаткових технологічних потужностей при утилізації. Іридій фосфоресцентних ламп на органічних світлодіодах нетоксичний, і його кількість вкрай мало. Транспортування тонких і легких OLED-панелей вимагає меншої кількості ресурсів, що скорочує витрати і знижує навантаження на навколишнє середовище. Наприклад, телевізор з OLED-дисплеєм діагоналлю 55 дюймів має товщину 4 мм, а важить близько 4-5 кілограмів.

Фантастика стане реальністю

Незважаючи на скептицизм деяких експертів, більшість упевнена, що OLED-технології стануть головним проривом в 21 столітті. Фантастичні проекти стануть реальними, а саме:

Саме ці технології дозволять створити не ілюзорну, а цілком реально тривимірну картинку.

Освітлення скрізь замінять OLED-лампи.

З'являться прозорі сонячні батареї.

Гнучкі монітори гаджетів можна буде вмістити в кишені.

Неймовірно легкі монітори з високою якістю кольору і широким кутом огляду будуть мати миттєвий відгук, мінімальний розмір і габарити.

Застосування технологій у військовій промисловості взагалі вражає уяву.

А ось світиться одяг вже з'явилася в дизайнерських колекціях.

Але не варто зупинятися на досягнутому - девіз вчених-теоретиків і практиків. Сучасна наука давно перебуває в точці біфуркації, коли будь-яке відкриття може повернути розвиток цивілізації в абсолютно непередбачуване русло. Прикладів таких відкриттів достатньо: це і наповненість вакууму, і труби Краснікова, і навіть відкриття органічних сполук в глибокому космосі. Сьогодні авангард електронних гаджетів - органічні світлодіоди, а завтра - хто знає?