Освещение и OLED-технологии
Ещё чуть больше полутора лет назад никто не рассматривал OLED-технологию всерьёз, однако сегодня именно на неё многие учёные и инженеры делают большие ставки. Отраслевые аналитики также единодушны: рынок OLED-устройств в ближайшие годы будет расширяться, причём как за счёт гаджетов с дисплеями, так и за счёт осветительных приборов. Уже сейчас всё это приносит миллиардные прибыли, а в дальнейшем ожидается очередной технологический скачок, за которым сразу последует стремительный рост спроса на товары подобного рода.
Сегодня мы поговорим о том, как органические светодиоды получили своё развитие и почему они находятся в приоритете у множества компаний с мировым именем, которые и так имеют достаточную прибыль от более традиционных видов светильников. Особенно важно заакцентировать внимание читателей на том, что ещё в конце нулевых термин «светодиоды» воспринимался только как синоним индикаторных лампочек, однако за каких-то десять лет эта технология испытала такой прирост популярности, что сегодня LED-лампы присутствуют практически в любом доме. Как раз на половине этого срока, в 2015-2016 годах, всемирно известные бренды Philips и Osram приходят к выводу о нецелесообразности развития ветви органических светодиодов и приостанавливают любые исследования в этом направлении. Зато другие крупные корпорации, LG и Apple, не теряют надежды и продолжают изыскания, в результате чего уже в 2019-2020 годах выводят OLED-технологию в тренды. Для них на переднем плане стояло сочетание прогрессивной инженерной мысли с изяществом и дизайнерской вариативностью.
Органические светодиоды отличаются от обычных тем, что способны обеспечить крайне мягкий, рассеянный свет, приятный для глаз даже при значительной яркости. При этом сам световой поток и его восприятие весьма приближены к естественному освещению, а это сейчас ещё одна из наиболее актуальных тенденций. В свою очередь, с точки зрения технологии, на базе органических светодиодов имеется возможность создавать невероятно тонкие источники света, которые вдобавок сохраняют высокую эластичность и при необходимости могут иметь требуемую степень прозрачности. Всё это без преувеличения делает их находкой для дизайнеров интерьеров и открывает новые пути для использования в качестве замены более привычным осветительным приборам – потолочным светильникам и люстрам.
Изготовление органических светодиодов и их особенности
Если попытаться вкратце описать строение OLED-светодиода, то проще всего будет представить сэндвич. В данных изделиях находится несколько слоёв, каждый из которых представляет собой микроскопическую плёнку, заключённую между электродами. При прохождении тока все эти структуры начинают равномерно испускать со своей поверхности свет, который может быть легко сфокусирован. Хотя до пика развития технологии ещё далеко, имеющиеся успехи учёных крайне существенны: им ежегодно удаётся повысить световую эффективность диодов примерно на 25-30% от каждого из предыдущих значений. При этом себестоимость самого производственного процесса снижается в том же темпе, позволяя сделать изделия на основе OLED более конкурентоспособными и пригодными для массового выпуска разных светоприборов.
Если взять для сравнения привычные нам неорганические светодиоды, то их изготовление сопряжено с целым рядом сложностей. Для того, чтобы добиться необходимого качества конечного изделия, следует использовать сырьё исключительной чистоты, а технологический процесс до сих пор нуждается в совершенствовании. Несмотря на всю популярность обычных моделей, для производителей эти проблемы очевидны, но эффективно решить их пока не удаётся в силу объективных физических обстоятельств. К примеру, даже при стоимости одной технологической линии в 20 млн долларов с самым современным и высокоточным автоматическим оборудованием, процесс её окончательной отладки потребует от 10 до 14 месяцев!
На этом фоне кажется вполне объяснимым энтузиазм учёных, которые направляют свои силы на органические светодиоды. Впервые их удалось получить в исследовательских лабораториях ещё одной известной компании – Kodak, а случилось это ещё в середине 80-х годов прошлого века. На первый взгляд, ключевая сырьевая проблема была решена – органические материалы проще получить, а их стоимость на порядки меньше синтетических. Тем не менее, было и весьма важное отличие: в то время как обычные светодиоды можно приравнять к условно точечным источникам света, у которых светораспределение если не стопроцентно равномерное, то хотя бы конусное или каплевидное, OLED-источники испускают свет фронтально, через свои прозрачные электроды. И с одной стороны это означает, что светодиодные лампочки на их основе нуждались бы в более специфичных линзах и рассеивателях, а с другой – что их удобно использовать для создания тонких и плоских светящихся панелей.
Более десятка лет понадобилось инженерам на то, чтобы довести лабораторный образец до первого серийного производства. Дебютная партия была произведена в Японии в 1997-ом году и, к сожалению создателей, не возымела революционного успеха. Тем не менее, на основе новых светодиодов стали изготавливать монохромные панели, используемые в автотранспорте, и оттуда технология начала понемногу перекочёвывать в другие сферы. Основная проблема была в том, что органическая продукция сама по себе не имела достаточного срока службы, а так необходимый инженерам «базовый» синий свет ещё больше снижал ресурс готового изделия. В таких условиях невозможно было говорить о длительной и эффективной эксплуатации OLED-устройств в области осветительной техники. В итоге на устранение указанных аспектов пришлось потратить ещё десятилетие.
За счёт того, что несколько лидеров рынка негативно высказались о перспективах органического полупроводникового освещения, количество исследований было сокращено, и усовершенствование технологии велось считанными лабораториями. Вместе с тем, такая «заморозка» вопроса позволила избежать выпуска огромного множества промышленных партий неконкурентного качества, а, значит, и уменьшила потери корпораций. Зато сегодня OLED-технология выходит из категории опытно-промышленного производства и переходит в разряд одних из наиболее перспективных, соответствующих духу времени и общественному запросу.
Если говорить о том, насколько массовым является выпуск подобных товаров, то на первое место следует вынести светодиодные панели. Именно такой форм-фактор изделий позволяет OLED-технологии в максимальной мере раскрыть свой потенциал. Светоотдача приборов колеблется в диапазоне 20-150 лм/Вт, а срок их службы оценивается минимум в 10 тысяч часов. Как и многие привычные светодиодные устройства, такие панели могут иметь разную цветовую температуру (обычно в нейтральной части спектра и около неё), а их индекс цветопередачи стабильно превышает 90 единиц.
Напрашивается логичный вопрос: почему же мы тогда сегодня не видим массового выброса на отечественный рынок разных изделий на органических светодиодах? Ответ прост – получить широкое распространение в быту без низкой стоимости продукции невозможно, а об этом речь пока не идёт, поскольку технология всё ещё остаётся дорогой. Счёт порой идёт на сотни и даже тысячи евро за панели обычных размеров, и пока подобную роскошь могут себе позволить разве что крупные торговые сети.
С другой стороны, расстраиваться рано: даже в пик периода тотального снижения интереса к OLED-технологии, в 2008-ом году, была принята новая европейская программа под названием «OLED100.EU», которая предполагала всестороннее совершенствование изделий. В её название заложена мысль о повышении минимальной световой эффективности органических светодиодов до 100 лм/Вт, а среди перечня целей заметную роль играло снижение цены до 100 евро за 1 кв. метр готовой световой панели. Эксперты утверждают, что, если бы не мировой финансовый кризис, примерно с 2015-го года мы бы уже смогли массово перейти на органические светодиоды, а к 2020-тому году они были бы в каждом доме, поскольку цена давно стала бы приемлемой для населения.
Аналогичные программы приняты и в других частях света: в Китае и Японии, в США и ближневосточных странах. С ростом технологических возможностей минимальный порог поднимался до 150-200 лм/Вт, а ценник уже ничем не ограничивался снизу. Удастся ли достичь этих целей, скорее всего, покажут ближайшие несколько лет. Наиболее перспективно в этом отношении выглядит Китай. Там повсеместно используются светодиодные светильники, а потому возможность ещё больше экономить была бы очень кстати. Зная о невероятных возможностях этой страны в инженерном и экономическом плане, а также о высоких темпах работы над многими задачами, ждать нам вряд ли придётся слишком долго. Уже сегодня в Интернет иногда просачиваются сведения о том, что учёные из Поднебесной сумели прийти к некоторым революционным результатам, однако до промышленных образцов пока что дело, видимо, не дошло. Вместе с тем, наводнение рынка новыми товарами могло быть отложено из-за общемировой нестабильности в общественно-политической сфере и эпидемиологической ситуации 2020-го года.
Что изменит OLED-освещение?
При условии полного перехода на органические светодиоды, внешний вид любого современного ремонта претерпит просто громадное количество изменений. В первую очередь, интерьеры станут просторнее, потому что люстры с максимальной вероятностью впервые за свою долгую историю потеряют доминирующую позицию в качестве источника верхнего освещения в домах. Плоские световые панели, которые будут встраиваться в натяжные и навесные потолки, потребуют отступать всего 1-2 см от несущего перекрытия, и то в большей степени ради прокладки всех необходимых электрических коммуникаций, проводов и кабелей, а также различных крепёжных кронштейнов. Высота помещений по понятным причинам несколько увеличится, а восприятие пространства при отсутствии свисающего центрального источника света весьма существенно изменится. Последнее обстоятельство позволит людям обставлять жилища другой мебелью, преимущественно более высокой, а не широкой, из-за чего общий вид квартир также будет другим.
Кроме того, преобразятся и детали интерьера: тонкие, гибкие и изящные светящиеся панели наверняка будут превращены и в настольные лампы, и в декоративные объекты, и в функциональные аксессуары, и в устройства для разноуровневый подсветки. При толщине изделий до 1 мм, которая никак не является прогнозируемой величиной, а уже доказана некоторыми дорогими существующими приборами, дизайнеры наверняка сумеют воплотить в жизнь самые смелые идеи. По этим же причинам ожидается крупная волна ремонтов, оформленных в футуристическом стиле, ведь на сегодняшний день именно такое сочетание наиболее оправдано.
Известно, что многие сегодняшние инженерные задачи ориентируются на планку в 200 лм/Вт для использования светоприборов в быту и 300 лм/Вт – в промышленности. С точки зрения технической достижимости учёные не видят особых проблем: в лабораторных условиях уже была получена светоотдача около 250 лм/Вт, так что создать эффективные и сравнительно недорогие промышленные решения – дело времени. К тому же, весьма вероятно, что многие производители бросят значительные силы на то, чтобы повысить срок жизни органических светодиодов в приборах любого класса хотя бы до 25-30 тысяч часов. В подобном сравнении привычные нам сейчас универсальные LED-панели на неорганических кристаллах будут стремительно уходить в прошлое – даже при условии, что новые изделия окажутся на 10-15% дороже, ведь потенциальное энергосбережение может быть выше на целую треть, а деградация диодов на подходе к концу паспортного срока эксплуатации будет почти незаметна. В глобальном плане это означает, что наша планета станет ещё больше освещена, но энергопотребление при этом не только не вырастет, но, возможно, даже снизится, а экологичность освещения заметно увеличится.