Ultraeffektive organiske lysdioder

En organisk lysemitterende diode (OLED) udviklet i Tyskland har potentialet til at producere den samme kvalitet af hvidt lys som glødepærer, men med energieffektivitet betydeligt bedre end selv fluorescerende belysning.

Hvid belysning: Organiske lysemitterende dioder som denne kunne være fremtiden for belysning, takket være meget høje effektiviteter, som overgår selv fluorescerende lys.

Prototypen OLED kunne dukke op som en ultraeffektiv lyskilde til skærme og generel belysning, siger Sebastian reineke , der ledede forskningen ved Institute for Applied Photophysics i Dresden, Tyskland. Det langsigtede mål er at fremstille enheden ved hjælp af konventionel lavpris rulle-til-rulle-udskrivning.

I de senere år er mange lande begyndt at se efter at skifte fra glødelamper til kompakte lysstofrør, fordi sidstnævnte er så meget mere energieffektive. Der har også været stor interesse for at bruge lysemitterende dioder (LED'er) til skærme og generel belysning, igen på grund af de potentielle energibesparelser, de tilbyder.

Men med både fluorescerende og LED-belysning har kvaliteten af ​​produceret hvidt lys altid ladet noget tilbage at ønske. Lysstofrør kan få folk til at fremstå usunde, fordi der udsendes mindre rødt lys, mens de fleste hvide LED'er på markedet i dag har en blålig kvalitet, hvilket får dem til at fremstå kolde.

I modsætning hertil kan OLED'er laves af en lang række materialer, så det er mindre udfordrende at opnå hvidt lys af god kvalitet, siger Reineke. Det har ikke været lyskvaliteten, der har svigtet OLED'er, men snarere deres effektivitet. Fluorescerende belysning fungerer typisk ved omkring 60 til 70 lumen per watt, mens glødepærer fungerer ved omkring 10 til 17 lumen per watt. I modsætning hertil, siger Reineke, var den bedst rapporterede strømeffektivitet for en OLED indtil nu 44 lumen pr. watt.

I denne uges udgave af tidsskriftet Natur , Reineke og hans kolleger rapporterer om et nyt strukturelt design for en OLED, der udviser effektiviteter på 90 lumen pr. watt og viser potentiale til at gå op til 124 lumen pr. watt.

Disse effektivitetsgevinster er meget overbevisende, siger Peter Kazlas, direktør for enhedsudvikling for QD Vision , en virksomhed baseret i Cambridge, MA, der udvikler kvanteprik-baseret LED-belysning.

OLED'er har potentialet til at vokse til en virkelig meget energieffektiv lyskilde, tilføjer Kristin Knappstein, business-development manager hos Philips Lighting, i Aachen, Tyskland. Hendes virksomhed har allerede et OLED-belysningsprodukt på markedet kaldet Lumiblade . I produktionen opnår vi niveauer på mellem 15 og 20 lumen per watt, siger hun og tilføjer, at det ultimative potentiale er, at teknologien når op på effektiviteter helt op til 150 lumen per watt.

Reineke og hans kolleger var i stand til at opnå så gode resultater på grund af adskillige designændringer og justeringer af deres enhed. Den ene involverer at reducere dens driftsspænding ved at dope det organiske materiale, der forbinder det lysemitterende materiale med dets metalliske kontakter. Effektiviteten af ​​enheden er stærkt reduceret, hvis den er i nærheden af ​​en metalkontakt på grund af et fænomen kaldet quenching, siger Reineke.

Et andet trick var at lave enhedens ydre overflader af glastyper, der har optiske egenskaber, der passer bedre til enhedssubstratet. Ellers bliver meget af det udsendte lys reflekteret og enten reabsorberet eller tabt gennem varme. I konventionelle konstruktioner går omkring 80 procent af lyset tabt, siger Reineke.

Det mest nye aspekt af denne nye OLED er imidlertid organiseringen af ​​forskellige lysemitterende materialer i enheden. Der bruges tre materialer - hver til at udsende blåt, grønt og rødt lys - sammen med et værtsmatrixmateriale imellem. Reinekes trick var at vælge et matrixmateriale med en høj spin-tilstand, der matchede den blå og at klemme det blå materiale mellem det grønne og røde, som om det var en del af det adskillende værtsmatrixmateriale.

Matrixen og den blå tilstand er næsten identiske, siger Reineke. Det betyder, at alle elektron-hul-par (excitoner), der undslipper det røde eller grønne materiale, skal passere gennem det blå, hvilket øger chancerne for, at de bliver omdannet til fotoner.

De gør et godt stykke arbejde med at skræddersy LED-lagene for at få en god kvanteeffektivitet, siger Kazlas. Det viser løftet om OLED'er, men fra et industriperspektiv har OLED'er stadig en lang vej at gå.

Faktisk er en stor ulempe ved OLED'er deres levetid. Selvom virksomheder som Philips er i stand til at lave enheder med en levetid svarende til fluorescerende pærer - på over 10.000 timer - har materialer, der giver højere effektivitet, en tendens til ikke at holde så længe. Vores enheder har en levetid på blot et par timer, siger Reineke.

skjule