Przyćmione oczekiwania wobec oświetlenia OLED

fot. Philips

Analitycy i branża oświetleniowa mają sprzeczne wizje na temat tego jak będzie w przyszłości wyglądał rynek oświetlenia opartego na organicznych diodach elektroluminescencyjnych (OLED). Czynnikiem ograniczającym rozwój tego rynku mogą okazać się zbyt wysokie koszty.

Nowy raport przygotowany przez Lux Research, amerykańską firmę doradztwa technologicznego z Bostonu sugeruje, że w najbliższej przyszłości OLEDy nie będą w stanie zastąpić konwencjonalnego oświetlenia. Analizy zawierają niezwykle ponure prognozy dla światowego rynku oświetlenia OLED w 2020 roku z roczną sprzedażą na poziomie zaledwie 58 milionów dolarów.

Tymczasem eksperci ze świata przemysłu i nauki, a nawet inni niezależni analitycy nie są nastawieni aż tak pesymistyczne, prognozując wartość rocznej sprzedaży idącą w miliardy dolarów. Przyszłość oświetlenia OLED będzie zależała od tego, na ile technologię opracowaną dla wyświetlaczy OLED będzie można przenieść na rynek oświetleniowy.

Podobnie jak konwencjonalne (nieorganiczne) diody LED, OLED jest zespołem półprzewodników umieszczonych pomiędzy dwoma elektrodami. Napięcie na elektrodzie dodatniej wzbudza elektrony z wewnętrznych warstw półprzewodnikowych, pozostawiając wolne miejsca (dziury), podczas gdy elektroda ujemna wpycha tam nowe elektrony. Kiedy elektrony spotykają "dziury", emitowane są fotony.

Technologia OLED wykorzystuje półprzewodniki oparte na węglu, dlatego jeśli chodzi o wytwarzanie światła białego, diody organiczne i nieorganiczne robią to zupełnie inaczej. Zwyczajne białe diody LED to w rzeczywistości niebieskie diody świecące przez żółty fosfor. OLEDy natomiast wytwarzają światło białe dzięki połączeniu cienkich warstw czerwonych, zielonych i niebieskich półprzewodników, ułożonych jedna na drugiej lub w bardzo cienkie paski na przemian.

Zwolennicy oświetlenia OLED zachwalają jakość emitowanego przez nie światła oraz fakt, że może być formowane w praktycznie dowolny kształt - te dwie cechy wyróżniają diody organiczne od LED. 

Oświetlenie OLED mogłoby teoretycznie zaoszczędzić ponad 90% energii elektrycznej zużywanej przez lampy żarowe. Ze względu na ten potencjał Departament Energii USA zainwestował około 40 milionów dolarów w badania nad oświetleniem OLED. Ale w tej chwili, ponieważ jest to wciąż nowa technologia, lampy OLED są jeszcze mniej wydajne niż świetlówki kompaktowe, a jednocześnie są one bardzo drogie: panel OLED, który wytwarza nieco mniej światła niż 75-watowa żarówka, kosztuje 2560 dolary.

Analityk Jonathan Melnick, autor raportu Lux Reaserch twierdzi, że lampy OLED pozostaną drogie i mało popularne:
- Trudno sobie wyobrazić, że ludzie będą kupowali tak drogie źródła światła bez uzasadnionego powodu, aby to robić - mówi Melnick. Według jego prognoz, niewielki rynek lamp OLED w przyszłości będzie ograniczony do aplikacji tworzonych przez projektantów w wytwornych barach i ekskluzywnych hotelach, które skorzystają z elastyczności OLED.

Z kolei inni widzą lepszą przyszłość dla tej technologii:
- Postęp oświetlenia bazującego na OLED jest w ciągu ostatnich lat wprost spektakularny i nie widzę powodu dla którego nie miałby on być kontynuowany - mówi Stephen Forrest, naukowiec zajmujący się inżynierią materiałową na Uniwersytecie w Michigan, który dokonał fundamentalnych zmian w technologii OLED.

Analitycy z agencji badawczej NanoMarkets szacują sprzedaż oświetlenia OLED na ponad 10 mld USD w 2018 roku - to ponad 100 razy więcej niż zakłada raport Lux Reaserch. Różnica w tych prognozach wynika z odmiennego postrzegania relacji między technologią OLED wykorzystywaną do oświetlenia i stosowaną do wytwarzania wyświetlaczy - ten raczkujący jeszcze rynek przyniósł ponad 700 mln USD sprzedaży w 2009 roku. Wyświetlacze OLED mogą być bardzo cienkie, elastyczne i mają lepszy kontrast w porównaniu do wyświetlaczy LCD.

Według Janice Mahon, wiceprezes ds. komercjalizacji technologii w Universal Display, amerykańskiej firmie pracującej nad OLED, jeśli rynek wyświetlaczy naprawdę wystartuje, pomoże to obniżyć koszty produkcji organicznego oświetlenia, ponieważ technologia wykorzystywana do produkcji wyświetlaczy i lamp OLED jest "bardzo podobna". Odmiennego zdania jest Jonathan Melnick z Lux Reaserch, który mówi, że te podobieństwa są jednak ograniczone: "Główne zasady są takie same, ale nie jest to wystarczający zakres zazębiających się".

Zdaniem Lisy Pattison, analityka z Solid State Lighting Services, która doradza amerykańskiemu Departamentowi Energii, prawda leży gdzieś pośrodku. Wyświetlacze są bardziej skomplikowane w produkcji, ponieważ wymagają one indywidualnego sterowania pikselami. Przy produkcji wyświetlaczy (obecnie na taflach szkła o wymiarach 1,3 x 1,5 m wytwarzane pojedynczo) piksele tworzone są przez nakładanie czerwonych, zielonych i niebieskich diod OLED na płytę montażową (tzw. backplane). Panele świetlne OLED nie wymagają zastosowania płyty montażowej, a ułożenie kolorowych warstw w stosy lub pasy jest znacznie prostsze.

Z drugiej strony lampy muszą spełniać bardziej rygorystyczne wymogi niż standardowe ekrany, przykładowo będą eksploatowane znacznie dłużej niż ekrany telewizorów, komputerów i urządzeń mobilnych, więc producenci będą musieli wywiązać się z obietnicy wysokiej wydajności i dłuższej żywotności (obecnie żywotność paneli OLED to około 8000 godzin, w porównaniu do 1000 dla tanich żarówek, 12000 dla świetlówek kompaktowych oraz 25000-50000 godzin w przypadku diod LED).

Pomimo tych różnic, Pattison jest optymistką i przyznaje rację  Universal Display:
- Jest wystarczająco dużo podobieństw, gdzie postęp w jednej dziedzinie może znacząco pomóc drugiej. Przykładem może być rozwój technologii drukowanych, gdzie półprzewodniki są nadrukowane na elektrodę, na czym skorzystałyby obydwa zastosowania. Drukowanie mogłoby znacznie obniżyć koszty produkcji, pozwalając na tanie wytwarzanie oświetlenia na rolkach z tworzywa sztucznego lub większych taflach szkła. Jest wiele możliwości cięcia kosztów i zwiększania wydajności. OLEDy z pewnością będą częścią przyszłości oświetlenia - twierdzi Pattison.

Źródło: spectrum.ieee.org