С приходом мировой общественности к концепции устойчивого развития, которая подразумевает экологизацию всей промышленности и повышение экологической сознательности потребителя, товары, на которых есть обозначение «органические», вызывают большой интерес и повышение спроса. И органические светодиоды не стали исключением. Новые технологические решения и новые товары неизменно привлекают внимание «продвинутых» потребителей, шагающих в ногу со временем. Что это такое — органические светодиоды, каковы принципы их работы и перспективы использования? Это и есть тема данной статьи.
Совсем немного истории
Электролюминесцентные свойства органических материалов открыл в 1950 году французский физик Андре Бернаноз. Но только в 1987 году это открытие приобрело технологическое решение в первом OLED-устройстве, изготовленном фирмой «Кодак». А в 2000 году сразу три химика – А. Мак-Диармид, Х. Сиракава и А. Хигер – были удостоены Нобелевской премии за открытия в области тонкопроводящих полимеров органического происхождения. Только в 2008 году в продажу поступила первая OLED-лампа фирмы OSRAM, которых было изготовлено всего 25 экземпляров по цене 25 тысяч евро. Сегодня же такие лампы предлагают несколько компаний по цене от 500 евро, и существует уже несколько направлений в OLED-технологиях: PHOLED, TOLED, FOLED и другие, которые понятны только специалистам.
Где органика?
Как ни странно, но применение слова «органические» в данном контексте не имеет никакого отношения к продуктам животного или растительного происхождения. Органические светодиоды, или OLED (от английского Organic Light Emitting Diode), – это полупроводник, изготовленный из углеродного материала, который генерирует излучение при прохождении через него электрического тока. При их изготовлении используются продукты органической химии (соединения углерода), что и позволяет назвать их органическими светодиодами.
Устройство и состав
Само устройство состоит из четырех частей: основания, анода, катода, проводящего и излучающего слоев. Основание или подложка могут быть из стекла, пластика или металлизированных пластин. Анод представляет собой оксид индия, легированный оловом. Проводящим и излучающим слоем служат слои полимеров и низкомолекулярных органических соединений. Катод изготовлен из алюминия, кальция или другого металла.
Технология работы не для физиков
Органические светодиоды устроены по принципу бутерброда. Несколько тонких слоев полупроводников органического происхождения зажаты между разнозаряженными электродами (положительным и отрицательным). И все это расположено на основе из прозрачного материала – стекла или пластика (например, гибкого полимида). При прохождении тока через электроды они образуют заряженные частицы (квазичастицы и электроны). В среднем органическом слое эти частицы концентрируются и создают высокоэнергетическое возбуждение, что и вызывает излучение света разных цветов органической прослойкой. Активной матрицей на органических светодиодах, таким образом, являются именно люминесцентные или фосфорецентные органические слои.
Типы матриц органических светодиодов
OLED-дисплеи по типу матриц делят на активно-матричные и пассивно-матричные. Активно-матричные устройства управляются тонкопленочными полевыми транзисторами, что расположены под анодной пленкой. В пассивно-матричных изображение формируется в точке пересечения перпендикулярно расположенных анодных и катодных полос, при этом управление осуществляется с внешней схемы. Исходя их этого, существует три схемы цветных OLED-дисплеев:
- С раздельными цветными эмиттерами – три органических матрицы излучают три базовых цвета (синий, зеленый и красный), из которых формируется изображение.
- С тремя белыми эмиттерами и специальными цветными фильтрами.
- Голубые эмиттеры преобразуют короткие волны в длинные волны красного и зеленого цветов.
Современное применение
В наше время OLED-технологии находят применение в основном в узкоспециализованных разработках. Голография и приборы ночного видения, органические дисплеи автомагнитол и цифровых фотоаппаратов, экраны телефонов и источники света, телевизоры и мониторы – все это уже реалии OLED-технологий.
Срок службы OLED-девайсов
Все современные устройства, созданные по данной технологии, раньше или позже проявляют выгорание яркости цвета. Еще при открытии была обнаружена недолговечность излучения органических светодиодов. Ресурс эксплуатации устройства сегодня считают практически исчерпанным, если яркость дисплея снизилась на 50 %. Эксплуатацию прекращают при данном показателе около 70 %. Но инвестиции корпораций в развитие данных технологий дают свои результаты – чаще потребитель меняет устаревший девайс еще до того, как он подходит к близкому завершению срока службы.
Самые самые
Самая большая панель с органическими светодиодами на сегодня – это продукт совместного проекта корпораций OSRAM, Philips, Novaled, Fraunhoter IPMS. Размер панели — 33 на 33 см, площадь активной части — 828 кв. см, а светосила — 76 %. При яркости 1 тысяча кандел на квадратный метр поток световых частиц составляет 25 люмен на ватт. Продаваемая сегодня самая большая панель фирмы Lumiotec имеет размер 15 на 15 сантиметров и световой поток до 60 люмен на ватт, что равно одной люминесцентной лампочке. А корпорация Panasonic к 2020 году планирует запустить на рынок дисплей на органических светодиодах со световым потоком 128 люмен на ватт. С ней соревнуется американская корпорация DoE, которая обещает панели с потоком до 170 люмен на ватт.
Перспективы OLED-панелей
Большинство существующих образцов сегодня являются прототипами. Они дорогие, изготовлены в ограниченных партиях, не сгибаются и пока недостаточно эффективны. Крупные корпорации сосредоточили свою деятельность на удешевлении проекта, увеличении размеров и повышении продуктивности. Эксперты прогнозируют массовое появление данной продукции с доступными ценами на мировом рынке к 2020 году.
OLED-освещение
Органические светодиоды в освещении пока представлены на рынке в зачаточном состоянии. Массовое производство данного товара пока не запущено ни одной корпорацией. Цена таких светильников все еще довольно высока для среднего потребителя, а яркость и срок их службы оставляют желать лучшего. Оборот в 75 миллиардов долларов на мировом рынке, который составляет доля OLED-освещения, — это довольно небольшая сумма. Потребителями данной продукции становятся не физические лица, а другие корпорации, что занимаются дизайном мебели и помещений, а также корпорации автопрома.
Достоинства и недостатки
У органических светодиодов есть и преимущества, и недостатки. Среди первых бесспорны их невысокое энергопотребление и равномерное распределение света по всей панели, высокий КПД, экологичность и мягкий свет. Но главное достоинство – это возможность придания им гибкости и тонкости. А недостатками можно считать недолговечность службы диодов, дороговизну и технологические проблемы (органическая составляющая окисляется при контакте с водой, что требует дополнительной герметизации). Но корпорации продолжают вкладывать инвестиции в развитие данных технологий, видя в них будущее электроники.
Насколько это экологично
В OLED-материалах не содержатся тяжелые металлы и токсичные элементы типа ртути. Они легко перерабатываются и не требуют специального сбора и дополнительных технологических мощностей при утилизации. Иридий фосфоресцентных ламп на органических светодиодах нетоксичен, и его количество крайне мало. Транспортировка тонких и легких OLED-панелей требует меньшего количества ресурсов, что сокращает затраты и снижает нагрузку на окружающую среду. Например, телевизор с OLED-монитором диагональю в 55 дюймов имеет толщину 4 мм, а весит порядка 4-5 килограммов.
Фантастика станет реальностью
Несмотря на скептицизм некоторых экспертов, большинство уверено, что OLED-технологии станут главным прорывом в 21 веке. Фантастические проекты станут реальными, а именно:
- Именно эти технологии позволят создать не иллюзорную, а вполне реально трехмерную картинку.
- Освещение везде заменят OLED-лампы.
- Появятся прозрачные солнечные батареи.
- Гибкие мониторы гаджетов можно будет уместить в кармане.
- Невероятно легкие мониторы с высоким качеством цвета и широким углом обзора будут иметь мгновенный отклик, минимальный размер и габариты.
- Применение технологий в военной промышленности вообще поражает воображение.
- А вот светящаяся одежда уже появилась в дизайнерских коллекциях.
Но не стоит останавливаться на достигнутом — девиз ученых-теоретиков и практиков. Современная наука давно находится в точке бифуркации, когда любое открытие может повернуть развитие цивилизации в совершенно непредсказуемое русло. Примеров таких открытий предостаточно: это и наполненность вакуума, и трубы Красникова, и даже открытие органических соединений в глубоком космосе. Сегодня авангард электронных гаджетов — органические светодиоды, а что завтра — кто знает?
