Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Вторник, 13 ноября
 
 


Это интересно!

Новости


Обзоры, аналитика

Итоги Премии «Живая электроника России — 2018»


Интервью, презентации

Ранее

Альтернативный источник питания для Hi-Fi-систем

Можно ли просто соединить последовательно два импульсных ИП, чтобы получить симметричный ИП для УМ? В чем «подводные камни» и как повысить качество ИП? На все эти вопросы отвечают инженеры Elektor.

Цифровой USB-термометр BM1707 с мониторингом температуры через интернет

Цифровой термометр ВМ1707 осуществляет измерение температуры и термостатирование с возможностью передачи данных через интернет. Приведены описание и общий вид устройства, электрическая схема и рекомендуемое расположение элементов на печатной плате.

Принципы беспроводного подключения встраиваемых систем по стандарту 802.11n

В статье рассматривается вопрос об интеграции модуля беспроводной связи стандарта IEEE 802.11n во встраиваемые системы для обеспечения универсальной IP-сети в рамках концепции «Интернет вещей».

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

11 июня

OLED-технология — перспективное решение для систем освещения?

Технология OLED (Organic Light-Emitting Diode — органический светодиод, ОСД) — следующий шаг на пути эволюции твердотельного освещения (Solid State Lighting, SSL), источником которого служат полупроводники, а не нить накала или газ. Твердотельные источники света являются наиболее энергоэффективными, имеют более длительный срок службы и более экологичны. В статье, представляющей собой авторизованный перевод [1, 2], рассматриваются характеристики ОСД и возможности их применения.



Разница между СД и ОСД

В обеих технологиях свет генерируется полупроводниками, которые преобразуют электрическую энергию в световое излучение. Светодиоды позволяют создавать цветовые эффекты, что намного превышает возможности ламп накаливания. В качестве источников света, обеспечивающих высокую энергоэффективность, у СД и ОСД большое будущее. Однако на этом сходство между ними заканчивается. Существует ряд различий между СД и ОСД по структуре, типу излучаемого света и способам их применения, за счет которых они дополняют друг друга.

Сравнение ОСД и СД по типу излучаемого света

Ключевая разница между структурами ОСД и СД заключается в том, что ОСД созданы на основе органических полупроводников (например, тех, которые используются в органических солнечных элементах), тогда как основу СД составляет неорганический кристалл. Имеется также визуальное отличие между этими двумя типами твердотельных источников света. СД представляют собой мерцающие точки света, тогда как ОСД — плоские панели, которые испускают равномерный свет, распределенный по всей поверхности устройства. Излучение от них более спокойное, теплое, рассеянное и неяркое.

Благодаря тонкой и плоской конструкции ОСД, у них большие возможности монтажа, чем у СД или любых других источников света. СД за счет компактности превосходят ОСД в способности создавать направленное излучение. ОСД никогда не смогут заменить светодиоды, у которых особые области применения, однако эти типы светодиодов очень хорошо дополняют друг друга, обеспечивая различные возможности в новом оптико-цифровом освещении, которое находит все большее применение как энергосберегающая технология.

Принцип работы ОСД

ОСД представляет собой тонкопленочную многослойную структуру из органических полупроводников, помещенных между катодом и анодом (см. рис. 1). При подаче на анод положительного относительно катода напряжения возникает поток электронов, протекающий через пленочную структуру от катода к аноду. Анод, в свою очередь, забирает электроны из проводящего слоя, или отдает дырки. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой — положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Этот процесс сопровождается испусканием электромагнитного излучения в области видимого света.

Рис. 1. Структура ОСД

Яркость излучения определяется напряжением между электродами и плотностью тока (см. рис. 2). Для генерации излучения разного цвета при создании пленок используются разные материалы.

Рис. 2. Яркость ОСД является функцией источника напряжения (а) и плотности тока (б)

Принцип действия ОСД идентичен тому, который работает в СД: транспортный и эмиссионный слои являются органическими эквивалентами тонких InGaN-пленок, применяемых в конструкции голубых или зеленых СД. Однако имеются и важные различия. Белые светодиоды ограничены по размеру, который составляет около 1 мм2, тогда как ОСД можно изготавливать размером в 1 м2.

В зависимости от применяемого органического материала для эмиссионного слоя, ОСД могут излучать любой цвет, в т.ч. белый с разной цветовой температурой.

Особенности освещения на основе ОСД

До сих пор стеклянная подложка ОСД — единственный прозрачный материал, который защищает внутреннюю структуру ОСД от воздействия влаги и воздуха. В настоящее время ведется работа по созданию пластмассовой подложки, обеспечивающей необходимую защиту. Такая подложка позволит изготовлять гибкие и пластичные ОСД-панели для осветительных нужд, превратив любую — плоскую или изогнутую — поверхность в источник света. Вероятно, гибкие панели на основе органических светодиодов появятся через 5—8 лет.

Органические светодиоды имеют уникальные характеристики и возможности, которые могут оказать большое влияние на применяемые методы освещения. Во-первых, ОСД создают мягкий рассеянный свет, а не яркое излучение. Излучение у ОСД равномерное, сопровождается малым тепловыделением, очень хорошо регулируется (см. рис. 2, 3). Благодаря таким качествам этот тип светодиодов широко используется дизайнерами, художниками и архитекторами при создании новых концепций освещения, которые позволяют в корне изменить привычный вид помещений.

Рис. 3. Источник света на основе ОСД с регулируемой яркостью, компания Philips Lighting

Перечисленные характеристики ОСД совместно с их высокой светоотдачей и продолжительным сроком службы — далеко не все параметры, определяющие возможность работы ОСД в качестве источников света в светильниках.

С точки зрения перспективы разработки, производителей светильников интересуют следующие оптические характеристики любого источника света (см. табл. 1).

Таблица 1. Оптические характеристики источников света

Характеристика

Стандарт

Светоотдача, лм/Вт

Яркость, кд/м

Срок службы L70, ч

IES LM-80-08

Относительная цветовая температура, К

ANSI C78.377

Коэффициент цветопередачи, RA

CIE 13.3-1994

Сортировка по цвету

ANSI C78.377

Универсальный показатель ослепленности

CIE 117-1995

Производители ОСД, как правило, называют три параметра ОСД белого свечения: светоотдача (лм/Вт), яркость (кд/м) и срок службы (ч). Первые два хорошо известны, а в отношении срока службы надо сказать несколько слов.

В соответствии со стандартом IES LM-80-08, определяющим время деградации,

номинальный срок сохранности светового потока Lp — это «рабочее время, в течение которого световой поток СД сохраняется на уровне p от начального значения». Например, для подсветки дисплея используются ОСД со значением L50, а в архитектурном освещении — L70. Как правило, многие производители заявляют о соответствии времени деградации их изделий на уровне L50. Чтобы получить значение для L70, следует разделить на два величину для L50.

К началу этого года показатели коммерчески пригодных белых ОСД-панелей для освещения были следующими: светоотдача — 15 лм/Вт; яркость — 1000 кд/м2; время деградации L70 — 5 тыс. ч. Однако технология органических светодиодов быстро развивается. Например, производитель Visionox представил макет настольной лампы, у которой эти параметры были следующими: 40 лм/Вт; L70 — 50 тыс. ч.

В соответствии с законом Хейца, который успешно предсказал удвоение световой яркости СД каждые 1,5 года, можно разумно заключить, что светильники для архитектурного освещения вот-вот появятся. Производители ОСД называют сроки в 3—5 лет. Возникает разумный вопрос: что представляет собой светильник на органических светодиодах?

Перспективы развития ОСД

Рис. 4. Перспективы развития ОСД по версии Philips Lighting

В ближайшие несколько лет дизайнеры, архитекторы и другие потребители продукции на основе ОСД будут использовать ее во многих приложениях. В результате интенсивной научно-исследовательской работы осваиваются новые области применения изделий с использованием органических светодиодов. Возможно, в скором будущем появятся переливающиеся разными цветами потолки, стеклянные стены, освещаемые взмахом руки, или окна, начинающие светиться с наступлением темноты [1]. ОСД будут востребованы там, где необходим ровный свет, яркость и цвет которого можно регулировать, а также в подсветке поверхностей произвольной формы (см. рис. 4 и табл. 2 и 3).

Таблица 2. Преимущества ОСД-освещения в настоящее время

Характеристики

Преимущества

Тонкая конструкция

Большие возможности проектирования

Малый вес

Идеальный источник света в чувствительных к весу приложениях

Рассеянный неяркий свет

Отсутствие бликов

Высокая светоотдача

В настоящее время этот показатель сравним с показателем галогенных ламп. В будущем его значение увеличится до 140—150 лм/Вт

Отсутствие вредных материалов в конструкции

Экологичность

Простота утилизации

Низкое напряжение

Безопасность эксплуатации

Таблица 3. Перспективы ОСД-освещения

Характеристики

Преимущества

Регулировка цвета

Использование ОСД разного цвета расширяет возможности проектирования

Высокая цветопередача

Увеличивается диапазон применения

Прозрачность и гибкость

Интеграция в приложения

Источник света невидим в выключенном состоянии

Однако многие производители ОСД не считают, что их изделия заменят традиционные лампы [2]. Дизайнеры освещения мечтают о создании светящихся обоев — механически гибкого источника света, который можно использовать в любом помещении. Вопрос в том, примут ли эту радикально иную концепцию освещения потребители, которые привыкли пользоваться лампами, заслоняясь при необходимости от прямого света?

Для ответа на этот вопрос достаточно вспомнить модную полвека назад концепцию «светящихся потолков» на кухнях в жилых помещениях или в футуристических фильмах. Однако большинству потребителей она не пришлась по душе. Заметным исключением стало освещение в Чикагском художественном институте, где мягкое, не дающее теней, излучение хорошо подошло для экспозиции скульптур и картин. Многие другие примеры говорят о том, что предпочтительным является направленное освещение с тенями.

Несмотря на то, что большинство потребителей не принимает идею светящихся обоев и потолков, существует рынок миллионов люминесцентных трофферов (встраиваемых светильников), которые подлежат замене. Похоже, энергоэффективные ОСД-панели станут идеальным решением этой задачи. Существует, однако, иная проблема — ослепляющий эффект.

Ослепляющий эффект

Сила света линейных люминесцентных трофферов ограничена при больших углах зрения для предотвращения ослепляющего эффекта. Например, стандарт ANSI/IESNA RP-1 устанавливает максимальную интенсивность в диапазоне от 300 кд при 65°С до 60 кд при 85°С. Более специфичные требования стандарта CIE 117 определяют универсальный показатель ослепленности для направленных светильников.

Для моделирования освещения в помещении компания Lighting Analysts предлагает профессионалам пакет программного обеспечения AGi32, с помощью которого устанавливаются количественные показатели.

Нельзя заменять ОСД-панелями линейные люминесцентные трофферы направленного излучения, если при этом не используются оптические методы управления яркостью панелей при больших углах зрения. К сожалению, единственный способ добиться этого, не уменьшив светового потока панелей, заключается в повышении их яркости до уровня линейных люминесцентных ламп Т8 — 10000 кд/м2.

ОСД-панели можно использовать в качестве источников света в подвесных линейных светильниках ненаправленного излучения, однако при этом требуется обеспечить Ж-образное распределение силы света, чтобы избежать неприглядных ярких участков на потолке. Опыт проектирования таких светильников говорит о том, что при этом также необходимо реализовать яркость порядка 10000 кд/м2.

Изменение цвета

В ОСД белого свечения, как правило, используются разные электролюминесцентные материалы для создания красного, зеленого и синего излучения (см. рис. 4). Балансируя между светоотдачей каждого материла, производитель ОСД устанавливает относительную цветовую температуру (CCT — Correlated Color Temperature) в широком диапазоне значений. Для рынка архитектурного освещения это диапазон 2700…6500 К (ANSI C78.377).

Недостаток такого подхода заключается в том, что каждый электролюминесцентный материал имеет свой срок службы L70, причем у синих ОСД этот показатель, как правило, вполовину меньше, чем красных и зеленых материалов ОСД. По мере старения панели в ней неизбежно исчезают синие оттенки.

Однако для телеприемников с ОСД-экраном такой проблемы не существует, поскольку каждый цветовой пиксел независимо управляется видеоконтроллером. Все, что требуется в таком случае, это время от времени устанавливать приемлемый цветовой баланс дисплея. У ОСД-панелей белого свечения отсутствует управление цветом. В результате изменение их цвета может стать неприемлемым задолго до окончания времени деградации по уровню L70. Грубый расчет показывает, что это может произойти после снижения уровня светового потока на 1—3%.

Что значит «неприемлемое» изменение цвета? Стандарт ANSI C78.377 допускает изменение чистоты белого цвета СД в пределах 7-шаговых эллипсов МакАдама. Существует также стандарт ANSI C78.376, который определяет меньшие — 4-шаговые эллипсы МакАдама для линейных и некоторых компактных люминесцентных ламп.

Одно из решений проблемы изменения цвета состоит в использовании для каждой из полос красных, зеленых и синих ОСД-материалов отдельных драйверов и оптической обратной связи — метода, применяемого для твердотельных светильников с RGB-светодиодами. Однако при этом эксплуатация ОСД-панелей значительно усложняется.

Рис. 5. Типичный спектр ОСД белого свечения

Заключение

Требования к ОСД-светильникам для архитектурного освещения, касающиеся ослепляющего эффекта и изменения цвета в процесс эксплуатации, важны, но не исчерпываются только этими вопросами. Имеются и другие параметры, которые следует принять во внимание — например, показатель цветопередачи и однородность яркости. Необходимо также учитывать проблемы, связанные с источником питания и теплоотводом той энергии, которая не преобразуется в свет.

Несмотря на тот оптимизм, который испытывает индустрия светотехники в отношении развития технологий органических светодиодов, производители этой продукции, возможно, не в полной мере оценивают потребности архитектурного освещения.

Однако в результате масштабных исследований становится ясно, что через некоторое время технологии ОСД достигнут в своем развитии следующего этапа и станут востребованными на рынке осветительного оборудования. После того как будут найдены фосфоресцирующие голубые источники света, обеспечивающие достаточно продолжительный срок службы, технически возможные значения светоотдачи превысят 110 лм/Вт. При этом наиболее сложным аспектом в реализации освещения на основе органических светодиодов является признание со стороны рынка конечных потребителей. Чтобы получить его, требуется обеспечить высокое качество продукции, утвердить стандарты и установить хорошие контакты между всеми участниками рынка.

Литература

1. Siegfried Luger. OLED Technology —
Status of a Promising Lighting Solution//
www.led-professional.com.

2. Ian Ashdown. The Future of OLED Lighting//www.led-professional.com.



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Владимир Кондратьев, тех. консультант, ИД «Электроника»



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2018 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты