211service.com
Ultra-efficiënte organische LED's
Een in Duitsland ontwikkelde organische lichtemitterende diode (OLED) heeft het potentieel om dezelfde kwaliteit wit licht te produceren als gloeilampen, maar met een aanzienlijk beter energieverbruik dan zelfs TL-verlichting.
Witte verlichting: Organische light-emitting diodes zoals deze zouden de toekomst van verlichting kunnen zijn, dankzij de zeer hoge efficiëntie, die zelfs fluorescerende lampen overtreft.
Het prototype OLED zou kunnen ontstaan als een ultra-efficiënte lichtbron voor displays en algemene verlichting, zegt Sebastian reineke , die het onderzoek leidde aan het Instituut voor Toegepaste Fotofysica in Dresden, Duitsland. Het doel op lange termijn is om het apparaat te fabriceren met conventionele goedkope roll-to-roll printen.
In de afgelopen jaren zijn veel landen begonnen met het overschakelen van gloeilampen naar compacte fluorescentielampen, omdat deze laatste zoveel energiezuiniger zijn. Er is ook veel belangstelling voor het gebruik van light-emitting diodes (LED's) voor displays en algemene verlichting, opnieuw vanwege de potentiële energiebesparing die ze bieden.
Maar bij zowel TL- als LED-verlichting laat de kwaliteit van het geproduceerde wit licht altijd te wensen over. TL-verlichting kan mensen ongezond doen lijken omdat er minder rood licht wordt uitgestraald, terwijl de meeste witte LED's die tegenwoordig op de markt zijn een blauwachtige kwaliteit hebben, waardoor ze er koud uitzien.
Daarentegen kunnen OLED's van een breed scala aan materialen worden gemaakt, dus het bereiken van wit licht van goede kwaliteit is minder uitdagend, zegt Reineke. Het is niet de kwaliteit van het licht die OLED's in de steek heeft gelaten, maar eerder hun efficiëntie. Fluorescerende verlichting werkt doorgaans met ongeveer 60 tot 70 lumen per watt, terwijl gloeilampen werken met ongeveer 10 tot 17 lumen per watt. Daarentegen, zegt Reineke, was de best gerapporteerde energie-efficiëntie van een OLED tot nu toe 44 lumen per watt.
In de uitgave van het tijdschrift van deze week Natuur , Reineke en zijn collega's rapporteren een nieuw structureel ontwerp voor een OLED met een efficiëntie van 90 lumen per watt en een potentieel om tot 124 lumen per watt te stijgen.
Deze efficiëntieverbeteringen zijn zeer overtuigend, zegt Peter Kazlas, directeur apparaatontwikkeling voor QD Vision , een bedrijf gevestigd in Cambridge, MA, dat op quantum-dot gebaseerde LED-verlichting ontwikkelt.
OLED's hebben het potentieel om uit te groeien tot een zeer energiezuinige lichtbron, voegt Kristin Knappstein, business development manager bij Philips Lighting in Aken, Duitsland toe. Haar bedrijf heeft al een OLED-verlichtingsproduct op de markt genaamd Lumiblade . In productie bereiken we niveaus van tussen de 15 en 20 lumen per watt, zegt ze, eraan toevoegend dat het ultieme potentieel is dat de technologie een efficiëntie bereikt van wel 150 lumen per watt.
Reineke en zijn collega's konden zulke goede resultaten behalen dankzij verschillende ontwerpaanpassingen en verfijningen aan hun apparaat. Een daarvan omvat het verminderen van de bedrijfsspanning door het organische materiaal te doteren dat het lichtgevende materiaal verbindt met zijn metalen contacten. De efficiëntie van het apparaat wordt sterk verminderd als het zich in de buurt van een metaalcontact bevindt vanwege een fenomeen dat quenching wordt genoemd, zegt Reineke.
Een andere truc was om de buitenoppervlakken van het apparaat te maken van glassoorten met optische eigenschappen die beter overeenkomen met die van het apparaatsubstraat. Anders wordt veel van het uitgestraalde licht gereflecteerd en ofwel opnieuw geabsorbeerd of verloren door warmte. In conventionele constructies gaat zo'n 80 procent van het licht verloren, zegt Reineke.
Het meest nieuwe aspect van deze nieuwe OLED is echter de organisatie van verschillende lichtgevende materialen in het apparaat. Er worden drie materialen gebruikt - elk één voor het uitzenden van blauw, groen en rood licht - samen met een gastheermatrixmateriaal ertussen. De truc van Reineke was om een matrixmateriaal te kiezen met een hoge spintoestand die overeenkwam met die van het blauw en het blauwe materiaal tussen groen en rood te sandwichen, alsof het deel uitmaakte van het scheidende gastheermatrixmateriaal.
De matrix en de blauwe toestand zijn bijna identiek, zegt Reineke. Dit betekent dat eventuele elektron-gat-paren (excitonen) die aan het rode of groene materiaal ontsnappen, door het blauwe moeten gaan, waardoor de kans groter wordt dat ze worden omgezet in fotonen.
Ze doen goed werk door de LED-lagen aan te passen om goede kwantumefficiëntie te krijgen, zegt Kazlas. Het toont de belofte van OLED's, maar vanuit het perspectief van de industrie hebben OLED's nog een lange weg te gaan.
Een groot nadeel van OLED's is inderdaad hun lange levensduur. Hoewel bedrijven als Philips apparaten kunnen maken met een levensduur die vergelijkbaar is met die van fluorescentielampen (meer dan 10.000 uur), gaan materialen die een hoger rendement opleveren doorgaans niet zo lang mee. Onze apparaten gaan maar een paar uur mee, zegt Reineke.