LED (lysdioder)

OLED

kl-60-100-10-michael-raunkjær-skrivebordslampe-philippe-stark-high.jpg
Skrivebordslampe designet af
Philippe Stark for FLOS med OLED
fra det franske firma Blackbody.
Foto: Michael Raunkjær
zoom.

Lysende plastik i form af OLED kan med tiden fremstilles som store lysende flader og helt nye typer belysningsarmaturer

Organiske lysdioder (OLED) består kort fortalt af en speciel type plastmateriale, som lyser, når det udsættes for en elektrisk strøm. Da plastteknologi generelt er meget simpel, åbner det mulighed for meget billig fremstilling. Tynde plastlag giver desuden stor fleksibilitet, idet OLED både kan bøjes og rulles, ligesom plasten kan fremstilles i store arealer.

Fordelene ved OLED er mange. Farven af det udsendte lys kan ændres blot ved ændring af den kemiske sammensætning af plasten og effektiviteten menes at kunne nå op på over 200 lm/W. Det er dobbelt så højt som effektiviteten fra de bedste lysstofrør.

kl-60-100-60-philips-o-leaf-modular-lighting-instruments-lumiblade-oled-tekno-high.jpg

zoomO-Leaf fra Philips er udviklet til
OLED. Foto: Philips. 

 

En teknologi under udvikling
Teknikken bag OLED er endnu ikke færdigudviklet, men hjælpes godt på vej af meget store forskningsprogrammer fra både statslige organisationer og elektronikindustrien. En af udfordringerne er, at plastlaget i OLED kun må være ca. 1/10.000 mm tykt. De elektriske kontakter, som tilfører strømmen, skal være endnu tyndere.

Organisk baseret
OLED adskiller sig fra andre LED'er ved at være baseret på organiske, elektrisk ledende molekyler i stedet for krystallinske materialer. Desuden udsendes lyset fra en flade og ikke et punkt som ved andre LED'er. Dette mindsker blændingen og letter kølingen af enheden. OLED'en kan gøres transparent, hvilket åbner mulighed for f.eks. fremstilling af et vindue, som om dagen lukker lys ind og om aftenen selv er lysende. OLED er følsom overfor fugt og ilt, hvad der stiller store krav til indkapslingen.  Der er endnu (pr. april 2016) ganske få kommercielle OLED på markedet, og de kendetegnes ved en tykkelse under 2 mm, en lav effektivitet (ca.70-90 lm/W for de bedste kommercialiserede produkter), en farvegengivelse på op til 90, relativt kort levetid (under 40.000 timer) og høj pris. De største paneler e 320x320 mm.

 

kl-60-100-20-osram-oled-orbeos-laboratory-high.jpg

OLED Orbeos fra Osram. Diameteren af den lysende flade er 79 mm, tykkelsen er 2,1 mm og vægten 24 g. Foto: Osram.

 

Typer
Der er for tiden to typer af OLED: polymer OLED (P-OLED) og small molecule OLED (SM-OLED). SM-OLED udsender lyset fra små afgrænsede molekyler mens P-OLED udsender lyset fra lange forgrenede kæder af molekyler.

Lystekniske data
Den spektrale effektfordeling for OLED minder om effektfordelingen for en LED, men er karakteriseret ved en sparsom repræsentation af blåt lys. 

 

kl-60-100-30-osram-orbeus-spektal-fordeling-high.jpg

Eksempel på spektral effektfordeling for lys fra OLED; Osrams Orbeos CDW-031, november  2009. Fraværet af store mængder blåt lys i spektret er karakterisktisk for OLED.

 

Opbygning
Både fremstillingsmetoden og opbygningen af de to typer OLED er meget forskellige. 

SM-OLED er opbygget på et stykke glas belagt med ITO (Indium-Tin-Oxid), som er transparent metal, der leder strøm og lader lys passere. Herover ligger tynde lag af plast, som er pålagt med en teknik kaldet spin-coating, hvor der dryppes flydende plast på et roterende underlag. Plastlagets tykkelse afhænger af rotationshastigheden. En høj hastighed giver en tynd film af plast. Næste trin er pådampning af metal, der sammen med ITO materialet kan lede strømmen ind i plasten. Pådampningen foregår i et vakuumkammer, der indeholder metaldampe fra stærkt opvarmede metaller, som sætter sig på plastmaterialet. De mest velegnede metaller er fra hovedgruppe I og II i det periodiske system, fordi de er meget villige til at afgive elektroner til den polymere plast. Metallerne kan være lithium, magnesium og calcium. Disse metaller har desværre den negative egenskab, at de kan bryde i brand, hvis de udsættes for ilt og vand. Derfor indkapsles de i endnu et metallag bestående af aluminium eller kobber.

Fremstillingsmetoden af P-OLED kan i princippet finde sted ved at sprøjte eller trykke tynde lag af polymere materialer over hinanden, og i modsætning til fremstillingsmetoden for SM-OLED er der ikke behov for, at dette foregår i vakuum.

Virkemåde
Virkemåden er nogenlunde ens for de to OLED-typer. Molekylerne udsættes for en elektrisk spænding, og strømmen bæres af elektroner og huller. Elektronerne bevæger i den del af molekylernes energiniveau, som benævnes LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) mens hullerne bevæger sig i det energiniveau, der benævnes HOMO (highest occupied molecular orbital).

En elektron og et hul er i stand til at indgå i en enkelt energirig tilstand kaldet en singlet exciton. Det er neutrale tilstande i molekylerne, som udsender deres energi i form at lys. Elektroner og huller danner også triplet excitoner, som ikke umiddelbart resulterer i udsendelse af lys.

Det er materialetypen i OLED'en, som bestemmer andelen af singlet excitoner i forhold til triplet excitoner samt bølgelængden af det udsendte lys. Hvidt lysende OLED'er benytter tre forskellige materialer, som udsender blåt, grønt og rødt lys. Farveblandingen giver hvidt lys.

Historie
Den første observation af lysudsendelse fra organiske SM-materialer fandt sted i 1979 i Kodaks forskningslaboratorier. Forskeren Chin Tang faldt over denne opdagelse under sit arbejde med solceller. En egentlig SM-OLED blev først fremvist i 1987 og var et resultat af et samarbejde mellem Tang og Van Slyke. Lysudsendelse i polymere materialer blev observeret i 1990 af forskere fra firmaet Cambridge Display Technology.



Relaterede emner: