Jeanine Chrobak-Kando, Business Development Manager pro LED světla ve společnosti Verbatim, vysvětluje jakou cestou se ubírá vývoj OLED coby doplňkových zdrojů vnitřního osvětlení. Organické diody emitující světlo (OLED) mají už dnes mnoho využití v elektronice, nejčastěji jako displeje špičkových automobilových rádií, tabletů, mobilních telefonů a najdeme je i v dalších zařízeních.

OLED technologii lidé znají již déle než půl století, tj. od doby, kdy vědci z francouzské Nancy-Université v padesátých letech minulého století poprvé pozorovali jev zvaný elektroluminiscence v organických látkách. Jev byl viditelný pouze při použití poměrně vysokého napětí v látce. Vynález technologie, která se v současnosti používá, je přičítán W. Tanovi a A. VanSlykemu z doby jejich působení ve firmě KODAK. Průlomem bylo vytvoření technologie, která fungovala i při nízkém napětí a nebylo příliš drahé ji vyrobit. Dnešní architektura OLED je postavena na patentu KODAK a její první masová výroba byla zahájena v listopadu 1997 společností Touhoku-Pioneer, která ji zpočátku používala pro displeje v palubních deskách automobilů.

První OLED obrazovky se objevily u osobních digitálních asistentů (PDA) v roce 2004 a o čtyři roky později demonstrovaly výrobci elektronických zařízení nasazení technologie u velkoplošných televizorů s vysokým rozlišením, vysokým kontrastem a jasem až 600 cd/m2*. Mezi nejdůležitější výzvy vývoje OLED se řadí minimalizace nákladů, hmotnosti a spotřeby energie stejně jako přinášení lepších uživatelských zkušeností skrze dokonalejší kontrast či pozorovací úhel. A co takhle OLED jako všeobecný zdroj světla? Abychom pochopili potenciál OLED v oblasti osvětlení, pojďme si nejprve přiblížit principy, na kterých tato technologie stojí.

Jak funguje OLED

OLED funguje na principu vrstvy organického materiálu vložené mezi dvě elektrody, anodu a katodu, a nanesení celého „sendviče" na substrát, kterým je obvykle sklo nebo plast. Jakmile je mezi elektrodami aplikován stejnosměrný proud (pozitivní k anodě, negativní ke katodě), je vyzařováno světlo jako důsledek párování nabitých částic (děr a elektronů) v organické (vyzařovací) vrstvě. Charakteristika a intenzita vyzařovaného světla či způsob, jakým je extrahován z OLED jednotky, určuje vhodnost pro světelné využití. Důležitou výzvou pro inženýry vyvíjející OLED je najít způsob, jak vytvořit velkoplošné panely. Obecně totiž platí, že čím větší plocha je „rozsvícena" v rámci jednoho procesu, tím nižší jsou náklady na OLED světlo – přitom k dosažení potřebné svítivosti není nezbytně nutné vzít několik stejných panelů a vzájemně je pospojovat do jednoho. Omezení procesů a materiálů určuje, jak velký panel může být vyroben. Dalším důležitým kritériem je provozní životnost OLED. Čím větší světelný výkon, tím kratší je provozní životnost zařízení, takže je vždy nutné najít ten nejvhodnější kompromis pro jednotlivé způsoby využití.

Někteří přední výrobci preferují typ s mnoha vrstvami, zřejmě proto, že jde o nejjednodušší proces. Tandemová konstrukce je sice o něco složitější, ale přináší vyšší světelný výkon a umožňuje větší rozměr panelu. Tandemová konstrukce je někdy kombinována s mnohavrstvou strukturou. Přístup uplatňovaný společností Mitsubishi Chemical, která prodává OLED pod značkou Verbatim, je tento: Tenké proužky červených, zelených a modrých OLED k sobě přiléhají horizontálně. Tato výrobní metoda je sice komplikovanější, ale zato přináší dvě výhody. Každá vrstva v OLED má rozdílný index lomu. To způsobuje světelné odrazy uvnitř zařízení a omezuje množství světla vyzářeného ven. Proužková konstrukce RGB je nejefektivnější v maximalizaci světelného výkonu při určité energetické spotřebě. Druhou výhodou je fakt, že OLED není jen stmívatelný stejně jako jiné typy konstrukcí, ale umožňuje navíc ladit tón barvy nebo bílého odstínu, navíc stmívání zde nemá vliv na barvu světla.

Výrobní procesy OLED by měly maximalizovat světelný výstup a minimalizovat počet vadných pixelů. K dosažení těchto cílů používá Mitsubishi Chemical tzv. mokrý proces namísto suchého procesu, při kterém jsou jednotlivé vrstvy tvořící OLED naneseny na svá místa s pomocí páry. To pomáhá vyhnout se mikroskopickým částečkám nežádoucích látek. Kapalina proudí kolem nežádoucích částic, čímž snižuje nerovnost substrátu.

Žádoucí charakteristiky OLED osvětlení

Jak již bylo dříve zmíněno, OLED potřebují velkou emisní plochu, aby se daly používat pro osvětlovací účely, tj. aby dokázaly vyzařovat dostatek světla potřebného k osvětlení. Kvalita světla vyjádřená tzv. indexem podání barev (CRI) je důležitá pro věrné zobrazení barevných odstínů okolního prostředí. Čím nižší provozní spotřeba při zachování stejného světelného výstupu, tím vyšší je efektivita přeměny elektrické energie na světlo - to je důležité zohlednit zvlášť dnes, kdy celý svět usiluje o minimalizaci energetické spotřeby a emisí CO2. Kromě toho by OLED světla neměla obsahovat nebezpečné látky, musí být snadná na obsluhu a musí také vykazovat rychlou odezvu zapnout/vypnout.

Nasměrováním světla na osm různě zbarvených „dlaždic", označených R1 až R8, a analýzou světelného spektra od nich odraženého získáme hodnotu CRI světelného zdroje. Dokonalé podání barev odpovídá CRI 100 pro každou barvu. Veličina CRI Ra je pak definována jako průměrná hodnota vypočítaná z dílčích hodnot CRI pro jednotlivé barvy. R9 zastupuje červenou barvu, která se sice nepoužívá k výpočtu celkového indexu podání barev, ale přesto hraje ve spektru lidského vidění důležitou roli, proto by měla být rovněž zahrnuta při posuzování kvality OLED světla. Vlnové délky světla nad R9 (přibližně 650 nm) ovlivňují lidské vidění už jen velmi nepatrně. Dnešní OLED panely vykazují hodnoty CRI kolem 84 a souhrnnou hodnotu CRI Ra vyšší než 80.

CRI nebo CQS?

CRI původně vzniklo jako způsob hodnocení kvality světla žárovek. Pro LED a OLED se někdy používá alternativní metoda hodnocení zvaná CQS. Tento systém používá 15 různě zbarvených „dlaždič" namísto 8 jako v případě CRI.

Co je dnes k dostání?

Nejnovější stmívatelné OLED panely s laditelnou barvou nebo bílým tónem jsou dostupné až do velikosti 140 x 140 mm.

Panely nabízejí jas (světelný výkon) přibližně 1000 cd/m2 při barevné teplotě 3000K (v kategorii „teplá bílá"). Jejich spotřeba se pohybuje kolem 2 wattů. Panely mají nejčastěji tloušťku mezi 3,6 a 8,65 mm a provozní životnost přesahující 8 000 hodin. Provozní životnost, která odpovídá 5 letům při čtyřhodinovém každodenním používání, znamená, že po jejím uplynutí klesne světelný výkon na 70 % své původní hodnoty.

Bílý tón lze ladit od 2700K, což je typická „teplá bílá", až po přibližně 6500K, což odpovídá jasnému slunečnímu svitu.

Použitím jednoduchého 3-kanálového elektronického řadiče umístěného na zadní straně každého panelu, je možné měnit barvu světla prakticky okamžitě. Tato vlastnost společně se stmíváním vytváří emocionální dopad světelného schématu, který lze u OLED panelů měnit tak, aby odrážel atmosféru, která je v prostředí vyžadována. Například jasné bílé světlo může být žádoucí ráno, zatímco tlumené relaxační světlo s barevným odstínem oceníme zejména koncem dne. Technické protokoly pro barevné ladění RGB (DMX) a stmívání (DALI) jsou již standardizované a jejich řadiče jsou proto široce dostupné za příznivou cenu. Panely lze jednoduše kalibrovat a vzájemně propojit prostřednictvím tzv. regulátorů, které kompenzují rozdíly vzniklé různorodými výrobními procesy. V blízké budoucnosti se očekává, že protokol DALI bude rozšířen tak, aby k současné funkci stmívání navíc pokrýval i veškeré aspekty barevného ladění.

Možnosti kreativního barevného schématu v domácím i komerčním prostředí jsou neomezené.

OLED zatím nejsou připravené nahradit všeobecné vnitřní osvětlení, jak předvídají někteří nadšenci. Jejich vývoj nicméně již dosáhl stádia, ve kterém jsou schopné fungovat jako doplněk okolního či speciálního osvětlení k vytvoření krásně vyvážených světelných schémat jak v domácích, tak i pracovních podmínkách. Jejich potenciál v maloobchodním prostředí a dalších veřejných prostorách nezná hranic a nízká spotřeba energie uspokojí i ty nejzarputilejší ekology.

* Jednotka cd/m2 vyjadřuje počet kandel na čtvereční metr, neboli míru jasu. Běžná svíčka vyzařuje světlo o intenzitě přibližně 1 kandely.

(tz)