W dziedzinie oświetlenia OLED, jego forma od dawna jest ceniona bardziej niż funkcja. Nowe badanie chińskich naukowców prezentuje architekturę OLED z regulacją barwy, która nie tylko poszerza granice kontroli widmowej, ale także na nowo definiuje, w jaki sposób diody OLED mogą sprostać potrzebom oświetlenia uwzględniającego rytm dobowy, specjalistycznych projektów architektonicznych czy zastosowań ogrodniczych.
Zamiast polegać na oddzielnym komponencie światła białego, zespół osiągnął dostrajanie barw w czasie rzeczywistym, przechodząc od tonów ciepłych do chłodnych, poprzez regulację napięcia, co pozwoliło uzyskać płynne przejścia widmowe w zakresie do 11 411 kelwinów. Jednak głębsze znaczenie tych liczb kryje się za nimi. Urządzenia te wykazują oznaki przezwyciężenia niektórych ograniczeń materiałowych i niezawodnościowych, które od dawna utrudniały zastosowanie diod OLED w oświetleniu ogólnym: bardziej zrównoważona rekombinacja ekscytonów, niższe napięcia robocze i potencjalne ścieżki do trwalszych i bardziej elastycznych elementów oświetleniowych.
Oświetlenie OLED nie odzyskało jeszcze statusu głównego nurtu, jaki zajęły diody LED, jednak przeprowadzone badania przywracają mu pozycję niezawodnego narzędzia (choć niszowego), odpowiedniego do zastosowań wymagających łagodności wizualnej, adaptowalności widmowej i priorytetowych pod względem wzornictwa czynników kształtu.
Niniejszy artykuł może na nowo rozbudzić zainteresowanie tą technologią, niegdyś uznawaną za kolejny przełom w oświetleniu ogólnym, w niektórych specjalistycznych dziedzinach — choć nie jest jasne, czy jest to odrodzenie technologiczne, czy po prostu miły przypis.
Regulacja barwy i wyższa wydajność. Nowe badania zespołu z Uniwersytetu Jilin ujawniły diodę OLED, która może dynamicznie regulować swoją skorelowaną temperaturę barwową (CCT), w zakresie od ciepłej 3451 K do chłodnej 8073 K. Dzięki temu idealnie nadaje się do dopasowania do cykli światła dziennego lub do oświetlenia wewnętrznego dostosowanego do rytmu dobowego człowieka. Jedna z konfiguracji osiąga zakres CCT wynoszący 11411 K, jeden z najszerszych odnotowanych dotychczas zakresów CCT dla diod OLED.
Urządzenia te wykorzystują strukturę z dwiema warstwami emisyjnymi, oddzielonymi starannie zaprojektowanym materiałem dystansowym, co umożliwia precyzyjny ruch obszaru rekombinacji ekscytonów. Dzięki temu diody OLED mogą emitować więcej światła niebieskiego lub pomarańczowego, w zależności od przyłożonego napięcia. Ten przełom technologiczny bezpośrednio odpowiada na zapotrzebowanie na regulowane białe oświetlenie, które szybko zyskuje na popularności w komercyjnym projektowaniu wnętrz, edukacji i opiece zdrowotnej.
Urządzenie OLED z domieszką pomarańczową osiągnęło szczytową wydajność energetyczną na poziomie 106 lm/W – co stanowi znaczną poprawę w porównaniu z urządzeniami OLED, ale wciąż jest poniżej typowych poziomów dla obecnych, wysokowydajnych diod LED. Należy zauważyć, że pomiar ten został wykonany w idealnych warunkach laboratoryjnych dla monochromatycznego elementu OLED, a nie dla elementu emitującego białe światło testowanego na poziomie systemu.
Dlaczego oświetlenie OLED nigdy nie było powszechne
Aby zrozumieć znaczenie tych liczb, należy pamiętać o historii rozwoju oświetlenia OLED i trudnościach, jakie nastręczało.
Na początku XXI wieku panele OLED były reklamowane jako przyszłość oświetlenia ogólnego: ultracienkie, rozproszone, nieoślepiające i estetyczne. Jednak konsekwentnie nie odnosiły sukcesu komercyjnego. Według licznych ocen Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE), ostateczna marginalizacja oświetlenia OLED jest wynikiem kombinacji czynników:
Różnica w wydajności: Choć diody OLED wyglądały obiecująco w teorii, ich rzeczywista wydajność okazała się niewystarczająca. Testy przeprowadzone w laboratoriach DOE wykazały, że oprawy OLED zazwyczaj osiągają jedynie 23–45 lm/W, podczas gdy porównywalne oprawy LED często przekraczają 100 lm/W. Nawet dzisiaj standardowe diody LED pozostają znacznie bardziej wydajne niż OLED.
Wysokie koszty i niska wydajność: Departament Energii USA przewidywał, że koszty paneli OLED będą musiały zostać ograniczone do około 100 dolarów za metr kwadratowy, aby konkurować z panelami LED. Jednak ze względu na złożone procesy produkcyjne i problemy z pakowaniem, rzeczywisty koszt jest znacznie wyższy.
Problemy z trwałością i niezawodnością: Diody OLED są wrażliwe na wilgoć i tlen, co prowadzi do przedwczesnego powstawania ciemnych punktów i zwarć. Zazwyczaj stosuje się standardowe sterowniki LED, ale są one niezgodne z charakterystyką diod OLED, co prowadzi do dalszego spadku wydajności i problemów z migotaniem.
Brak standardów i ekosystemu: Ze względu na brak wymiennych komponentów, standardowych sterowników i złączy typu plug-and-play, diody OLED są ryzykowne dla projektantów i kosztowne dla integratorów.
Tymczasem technologia LED dynamicznie się rozwija. Panele LED z emisją boczną wreszcie dorównują pod względem estetycznym diodom OLED i przewyższają je niemal pod każdym względem technicznym i ekonomicznym.
Czy to tylko ruch niszowy, a nie rewolucja?
Co zatem oznaczają te nowe badania dla przyszłości diod OLED? Postęp technologiczny jest realny. Poziomy wydajności osiągane przez urządzenia produkowane w laboratoriach były kiedyś teoretycznymi celami zwolenników oświetlenia OLED. Jednak laboratorium to nie fabryka, a wydajność testowana na stanowisku badawczym nie jest równoznaczna z rozwiązaniami gotowymi do wprowadzenia na rynek.
Wdrożenie w przemyśle wymaga znacznego popytu w określonych scenariuszach zastosowań. Ponadto, niezbędny jest dojrzały łańcuch dostaw, redukcja kosztów i wiarygodne dane dotyczące żywotności – a tego wszystkiego obecnie brakuje. Wcześniejsza analiza przeprowadzona przez Departament Energii USA wykazała, że nawet dobrze skonstruowane diody OLED charakteryzują się gwałtownym skróceniem żywotności podczas pracy z wysoką jasnością. Co więcej, w przeciwieństwie do diod LED, diody OLED nie posiadają obecnie znormalizowanego systemu testowania żywotności, podobnego do LM-80.
Niemniej jednak diody OLED wciąż mają bardzo wąską, ale obiecującą ścieżkę rozwoju dla profesjonalistów w nowoczesnych zastosowaniach oświetleniowych – zwłaszcza w aplikacjach, w których łagodność wizualna, integracja z projektem i możliwość regulacji są ważniejsze niż prosty stosunek lumenów do watów. Projektanci wciąż cenią sobie zdolność diod OLED do zapewniania bezolśnieniowego, bogatego wizualnie oświetlenia w niemal rzeźbiarsko smukłej obudowie.