źródełświatła i ich trendów rozwojowych pod kątem ...zto.mchtr.pw.edu.pl/download/83.pdf ·...

LED&OLED Sebastian Mazek 2006 1

Analiza rynku diodowych źródeł światła i ich trendów

rozwojowych pod kątem wykorzystania w systemach

oświetlających

Sebastian Mazek


I. LED1. Historia2. Podstawy fizyczne3. Układ optyczny diody LED4. Parametry diod LED5. Sposoby otrzymywania białych emiterów LED6. Zastosowania

II. OLED7. Podstawy fizyczne8. Parametry9. Zastosowania

III. Część wspólna LED i OLED10. Porównanie LED-ów i OLED-ów11. Przyszłość LED-ów i OLED-ów


IV generacje sztucznych źródeł światła

• Płomień• Lampy żarowe• Lampy wyładowcze• Diody elektroluminescencyjne LED

1.Historia


• W roku 1907 Round zaobserwowałemisję światła widzialnego z kryształu węglika krzemu (SiC) o przewodnictwie typu n (nadmiar elektronów w materiale)– 10V do 110V – światło o różnych barwach: żółtej,

zielonej, pomarańczowej oraz niebieskiej

• Kolejnym z pierwszych związków półprzewodnikowych, w którym, pod koniec lat trzydziestych XX wieku, zaobserwowano zjawisko elektroluminescencji był siarczek cynku ZnS domieszkowany miedzią

Historia_1


• Obserwacje elektroluminescencji były do początku lat pięćdziesiątych XX wieku ograniczone do przyrządów półprzewodnikowych wykonanych na bazie materiałowej SiC oraz półprzewodników z grup II-VI tablicy Mendelejewa. Są to związki występujące w środowisku naturalnie, jednakże charakteryzujące się złymi parametrami optycznymi

• W 1952 i 1953 roku wyniki prac nad nowymi związkami półprzewodnikowymi z grupy III-V tablicy Mendelejewa opublikował H. Walker, któremu jako pierwszemu udało się sztucznie wytworzyć takie związki półprzewodnikowe, jak: InSB, AlP, AlAs, AlSb, GaP, GaAs, GaSb, InP oraz InAs.– związki III-V również są aktywne optycznie i mają bardzo dobre właściwości

optyczne• W 1962 roku kilka zespołów badawczych zaprezentowało pierwsze diody

LED i lasery półprzewodnikowe z GaAs emitujące w bliskiej podczerwieni (870-980nm)

• 7 związków: GaAs (arsenek galu), AlGaAs (związek potrójny arsenu, galu i glinu), GaP (fosforek galu), GaAsP (związek potrójny galu, arsenu i fosforu), GaN (azotek galu), GaInN (związek potrójny galu indu i azotu) oraz AlGaInP(związek poczwórny glinu, galu, indu i fosforu)

Historia_2


• Historycznie pierwsze diody LED wytworzono na bazie GaAs(1962). Nie emitowały one światła widzialnego tylko podczerwone.

• Pierwsza emitująca światło widzialne dioda LED została przedstawiona przez N. Holonyak’a Jr. i Bavacqua’e w 1962 roku. W temperaturze ciekłego azotu dioda ta emitowała światło spójne (akcja laserowa) o długości fali 710 nm i szerokości połówkowej 1,2 nm. W temperaturze pokojowej pierwsza dioda zachowywała się jak typowa dioda LED - promieniowanie nie było koherentne, a szerokość połówkowa wynosiła 12,5 nm.

• Holonyak z zespołem pracował dla korporacji General Electric i firma ta jako pierwsza skomercjalizowała produkcję diod LED. Cenajednej widzialnej, czerwonej diody produkcji GE była wówczas, bardzo wysoka i wynosiła 260 USD.

• Pierwszą naprawdę masową produkcję diod LED rozpoczęła firma Mosanto w 1968 roku. Diody firmy Mosanto były wykonywane z GaAsP/GaAs i w sprzedaży detalicznej kosztowały około 1 GBP (funta angielskiego), co podówczas odpowiadało średniej dniówce.

Historia_3


• Pierwszym zastosowaniem diod LED wykonanych przez IBM była indykacja statusu jednostki arytmetycznej komputera dużej mocy

• W 1968 roku zaprezentowano pierwszą zieloną diodę LED o sprawności zewnętrznej 0,6%.

• w latach siedemdziesiątych XX wieku diody LED znajdowały jużkolejne zastosowania: – w wyświetlaczach kalkulatorów elektronicznych

(Hawlett-Packard, Monsanto),

– w zegarach cyfrowych, jako podświetlenie przycisków– w lampkach kontrolnych (AT&T, IBM).

– podświetlenie przycisków w telefonachi centralkach telefonicznych.

Historia_4


• Od końca lat sześćdziesiątych XX wieku coraz więcej ośrodków badawczych, zespołów naukowców i firm wkraczało na grunt optoelektroniki. Technologia szybko się rozwijała. Nowe, interesujące osiągnięcia pojawiały się częściej, a publikacje naukowe dotyczyły jużcoraz bardziej szczegółowych aspektów technologicznych i teoretycznych.

• W1969 roku (Jacques Pankove i Paulem Maruska) opracowano metodąotrzymania krystalicznych warstw z azotku galu (GaN) na podłożu szafirowym, które posłużyły do wytworzenia niebieskiej diody LED(metal – izolator – półprzewodnik ).– Problem: wykonanie warstwy typu p w materiale GaN– alternatywnym półprzewodnikowym źródłem niebieskiego światła pozostał

węglik krzemu SiC• W 1989 roku Akasaki uzyskał po raz pierwszy w historii optoelektroniki

warstwę GaN typu p aktywując akceptory Mg metodą napromieniowania niskoenergetyczną wiązką elektronową. W tym samym roku Akasakiwytworzył pierwsze złącza p-n z GaN oraz emitery światła niebieskiego i UV.

• Ojcem niebieskiej optoelektroniki jest bowiem Shuji Nakamura.

Historia_5


• W marcu 1991 roku Nakamura otrzymał emisję światła ze złącza p-n z GaN. Jednakże o sukcesie Nakamury świat dowiedział się dopiero w roku 1993, gdy została zaprezentowana przez niego niebieska dioda LED o światłości przekraczającej 1 cd. Wydajność tej diody była 100 razy lepsza od wykorzystywanych wówczas masowo niebieskich diod z SiC, a jej produkcja od razu została skomercjalizowana przez firmęNichia.

• W 1994 roku Nakamura dokonał kolejnej prezentacji tym razem zielono-niebieskiej diody LED o światłości 2 cd. W roku 1995 firma Nichia uruchamia komercyjną produkcję zielonej diody LED w technologii GaN.

• Od połowy lat osiemdziesiątych XX wieku prowadzone były badania nad nowym związkiem czteroskładnikowym AlGaInP, który nadaje siędo produkcji emiterów światła czerwonego, pomarańczowego i żółtego.

• Przewagę jakościową czerwonych diod LED z AlGaInP nad pozostałymi zwiększono dalej w latach 90-tych poprzez zastosowanie warstw rozprowadzających dostarczony do chipu prąd po całej jego powierzchni, zastosowanie wielokrotnych studni kwantowych, zastosowanie mikro zwierciadeł oraz zastosowanie przezroczystych podłoży GaP i technologii flip-chip (odwrócony chip).

Historia_6


• Obecnie półprzewodnikowe emitery czerwonego światła sąnajwydajniejszymi z całej rodziny i ich sprawność zewnętrzna przekracza nawet 60%.

• Tym samym od początku III tysiąclecia technika dysponuje półprzewodnikowymi źródłami światła o wysokiej wydajności, emitującymi światło w trzech podstawowych barwach: czerwonej, zielonej i niebieskiej. W wyniku połączenia tych trzech barw możliwe staje się otrzymanie światła białego.

Historia_7


2. Podstawy fizyczne• Elektroluminescencja – przeniesienie elektronu z pasma walencyjnego

do pasma przewodnictwa w wyniku oddziaływania zewnętrznego pola elektrycznego.

• Rekombinacja (lub anihilacją) - przejście elektronu ze stanu wzbudzenia do stanu podstawowego, w którym elektron zajmuje miejsce dziury.

• Rekombinacja promienista - różnica energii sprzed rekombinacji i po rekombinacji elektron wypromieniowuje w postaci fali elektromagnetycznej.

o Dioda elektroluminescencyjna jest zbudowana ze złącza p-n, które spolaryzowane w kierunku przewodzenia emituje światło z dobrąwydajnością.

o W diodach LED, a także innych nowoczesnych źródłach światła, jakimi są diody organiczne lub polimerowe, podstawą świecenia jest zjawisko elektroluminescencji w ciele stałym (np. kryształ półprzewodnikowy).


• Sprawność kwantowa wewnętrzna ηqw, zdefiniowana jako stosunek ilości fotonów generowanych w obszarze czynnym złącza p-n do ilości nośników ładunku przechodzących przez warstwę zaporową tego złącza. Określa ona udział przejść promienistych w całkowitej ilości przejśćrekombinacyjnych.

IP

he

eIhP

NN wprom

wprom

noś

wfotqw

..

..

.

.. ⋅===ν

νη

gdzie:

Nfot.w. - całkowita ilość fotonów generowanych wewnątrz obszaru czynnego;

Nnoś - całkowita ilość nośników wstrzykiwanych do obszaru czynnego złącza;

Pprom.w. - moc promieniowania generowanego wewnątrz półprzewodnika;

h - stała Planka;

ν - częstotliwość generowanego promieniowania;

I - prąd elektryczny doprowadzony do diody;

e - ładunek elektronu.

Podstawy fizyczne_1


• Sprawności kwantowa zewnętrzna ηqz, zdefiniowanej jako stosunek ilości fotonów wydostających się na zewnątrz diody do ilości nośników ładunku przechodzących przez warstwę zaporową złącza p-n. Określa część promieniowania, która jest emitowana na zewnątrz diody.

• Sprawność zamiany energii elektrycznej na energiępromieniowania zależy także od temperatury i ze wzrostem temperatury sprawność ta maleje oraz przesuwa się w kierunku mniejszych energii (dłuższych fal), co związane jest ze zmniejszaniem się szerokości przerwy zabronionej wraz ze wzrostem temperatury.

IP

he

eIhP

NN zprom

zprom

noś

zfotqz

..

..

.

.. ⋅===ν

νη

gdzie:

Nnoś - całkowita ilość nośników wstrzykiwanych do obszaru czynnego złącza

Nfot.z. - całkowita ilości fotonów emitowanych przez diodę

Pprom.z. - moc promieniowania emitowanego przez diodę.

Podstawy fizyczne_2


Rys. Energetyczny schemat przedstawiający półprzewodnikowe złącze p-n spolaryzowane w kierunku przewodzenia. W obszarze aktywnym elektrony przechodzą z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego rekombinując z dziurami. W efekcie rekombinacji par elektron-dziura powstaje kwant energii świetlnej (promieniowania widzialnego).

Diody LED są strukturami półprzewodnikowymi, w których wstrzykiwane zewnętrznym polem elektrycznym elektrony i dziury rekombinują w maksymalnie sprzyjających ku temu warunkach, a nadmiar energii zostaje wypromieniowywany w postaci kwantu światła. Takie optymalne warunki mają miejsce w złączu p-n (nazywanym również obszarem aktywnym).

Podstawy fizyczne_3


• Wartość energii fotonu emitowanego przez elektron w czasie rekombinacji jest w przybliżeniu równa różnicy energii między poziomem wzbudzenia, a poziomem podstawowym (wartości przerwy między stanami energetycznymi).

• Wartość przerwy energetycznej jest wielkością charakterystyczną dla danego materiału półprzewodnikowego.

• Dzięki wytwarzaniu związków półprzewodnikowych o regulowanym udziale procentowym poszczególnych pierwiastków składowych, możliwe jest wytwarzanie materiałów półprzewodnikowych o przerwach energetycznych odpowiadających energiom fal świetlnych od ultrafioletu po głęboką podczerwień. Daje to możliwość budowy diod LED o praktycznie dowolnej barwie świecenia (długości fali świetlnej).

• Elektroluminescencja jest tak bardzo interesująca i obiecująca dla branży oświetleniowej, ponieważ sprawność tego mechanizmu na poziomie chipu diody może być bliska 100%. Takie struktury już sąwykonywane przez różne ośrodki badawcze na świecie. – Wyzwaniem jest wyprowadzenie światła powstałego w wyniku

elektroluminescencji z wnętrza chipu do otoczenia z możliwie największąsprawnością.

Podstawy fizyczne_4


Rys. Ogólny schemat budowy półprzewodnikowej diody LED. Polaryzacja kontaktów odpowiada przepływowi prądu elektrycznego w kierunku przewodzenia, co jest warunkiem uzyskania rekombinacji promienistej.

Podstawy fizyczne_5


• Wady:– Pochłanianie wewnętrzne spowodowane absorpcją fotonów prowadzącą

do generacji nowej pary elektron-dziura.• Można je zmniejszyć skracając drogę fotonów przed ich wyjściem z diody (czyli

grubość warstwy półprzewodnika typu p), co minimalizuje prawdopodobieństwo powtórnej absorpcji;

• Nie można wykonać zbyt cienkiej warstwy ze względu na stan powierzchni, który zwiększa ilość defektów sieciowych;

– Wewnętrzne odbicie promieniowania, które wynika z dwóch przyczyn:• odbicia Fresnela;

– spowodowane jest to przez różnice współczynników załamania światła;» prostym sposobem zmniejszenia tych strat jest obudowanie diody

kapsułą z plastyku, którego współczynnik załamania jest zbliżony do współczynnika załamania dla półprzewodnika;

• całkowitego wewnętrznego odbicia;– spowodowane jest tym, że strumień, który dochodzi do powierzchni

granicznej półprzewodnik-powietrze pod kątem θ≥θkr podlega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu;

» celu wyeliminowania tego efektu stosuje się diody o kształtach półsferycznych, w których całkowite odbicie wewnętrzne nie występuje.

nkr1arcsin=θ

Podstawy fizyczne_6


• Zalety diod elektroluminescencyjnych:– mały pobór prądu– mała wartość napięcia zasilającego– duża sprawność– mała moc strat– małe rozmiary– duża trwałość– duża wartość luminacji

Materiał BarwaGaAs podczerwieńGaP czerwona, zielona, żółtaGaAs1-xPx czerwona, pomarańczowa, żółtaAlxGa1-xAs czerwona, podczerwień

Podstawy fizyczne_7


Rys. Charakterystyki spektralne diod elektroluminescencyjnych z GaAs pomierzone w temperaturach 77 K i 295 K.

Rys. charakterystyki widmowe diodelektroluminescencyjnych

Rys. Charakterystyki prądowo –napięciowe diod LED

Rys. Charakterystykakątowa promieniowania diody LED

Podstawy fizyczne_8


3. Układ optyczny diody LED

I. Optyka na poziomie chipu.II. Optyka na poziomie obudowy diody.III. Optyka instalowana nad obudową diody.IV. Optyka na poziomie oprawy oświetleniowej.

Cztery poziomy optyczne decydujące o parametrach strumienia świetlnegoemitowanego przez lampę LED:


• Diody LED są punktowymi, kierunkowymi źródłami światła.• Sprawność wewnętrzna rekombinacji promienistej par elektron –

dziura sięga powyżej 75%, a teoretycznie może przybliżyć się do 100%. Natomiast wciąż nie mały problem stanowi wyprowadzenie powstałego w tym procesie światła poza chip. Na przeszkodzie stoi zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia światła na granicy półprzewodnik – ośrodek zewnętrzny (powietrze, żywica epoksydowa, silikon itp.).

• Fotony, którym nie udaje się wydostać z chipu to te, które wyemitowane z obszaru aktywnego diody padają na granicęośrodków pod kątem równym lub większym od kąta krytycznego.

I. Optyka na poziomie chipuUkład optyczny diody LED_1


• Rozmiar okien jest uzależniony od różnicy pomiędzy współczynnikami załamania półprzewodnika i ośrodka zewnętrznego. Im ta różnica mniejsza tym okno dla fotonów jest większe i w konsekwencji szerszy jest kąt rozsyłu światła w ośrodku zewnętrznym.

• W przypadku podstawowym znacząca większość światła powstającego w wyniku rekombinacji promienistej nie opuszcza chipu.

Rys. Wyprowadzenie światła z chipu – 2 standardowe kształty chipów: a) kształt prostopadłościanu z 6 oknami – górne, dolne i 4 boczne, b) kształt cylindra z 3 oknami –górne, dolne i pierścieniowe boczne.

Układ optyczny diody LED_2


Usprawnienia pozwalające znacząco zwiększyćsprawność wyprowadzenia światła z chipu.

1. Chipy LED posiadające przezroczyste podłoża, które nie absorbująfotonów powstałych w obszarze aktywnym. Właściwość ta umożliwiła wykorzystanie metody flip-chip w montażu chipów w obudowie diody.

Usprawnienia są wprowadzane na poziomie struktury chipu, wkształcie i rozmiarach chipu oraz w technologii wykonywania kontaktów



2. Kolejnym usprawnieniem są zwierciadła Bragg’a - DBR (ang. DistributedBragg Reflector), które są wykonane w chipie poniżej obszaru aktywnego.

• Zwierciadła Bragg’a odbijają fotony wyemitowane w kierunku dolnego okna w stronę okna górnego i dzięki temu część światła, która normalnie byłaby zaabsorbowana ma szansę na wydostanie się z chipu.

• Wadą klasycznych zwierciadeł Bragg’a jest to, że odbijają one głównie fotony, które padają na nie prostopadle oraz te, które mają ściśle określoną długość fali.

3. Wielokierunkowe zwierciadła ODR (ang. Omnidirectional Reflector), które odbijają fotony padające na nie pod różnymi kątami.

4. Usprawnienia w zakresie kształtu i rozmiaru chipu.

Rys. a) zdjęcie chipu AlInGaP/GaP o kształcie odwróconej piramidy, b) budowa diody i przedstawienie biegu promieni wewnątrz chipu.



5. Teksturowanie powierzchni chipu, metalowych kontaktów oraz powierzchni podłoża (substratu).

• Wzory wykonane na powierzchni chipu znacząco zwiększająprawdopodobieństwo ekstrakcji fotonu z chipu ze względu na to, iżzwiększa się prawdopodobieństwo, że w wyniku ewentualnego wielokrotnego odbicia na trójwymiarowych wzorach foton trafi w okno umożliwiające wyjście z chipu.

• Teksturowanie warstwy metalowych kontaktów lub podłoża ma za zadanie wytworzenie mikro luster lub mikro reflektorów, które odbijają światło w kierunkach zwiększających prawdopodobieństwo wyprowadzenia światła z chipu.

Rys. Porównanie dwóch rodzajów diod LED: a) klasyczna planarna dioda LED, b) dioda LED o wysokiej sprawności ekstrakcji światła.



6. Technologia cienko warstwowa (ang. thin-film).• Chipy wykonane w tej technologii są praktycznie

dwuwymiarowymi strukturami i w konsekwencji nie powstają w nich straty na ścianach bocznych.

Rys. a) Sposób wytwarzania diod w technologii thin-film; b) zdjęcie diody wykonanej w tej technologii.

a)b)



7. Wykorzystanie struktur z fotonicznych kryształów.• Wytworzone w górnych warstwach chipu fotoniczne kryształy

mogą służyć do rozpraszania światła w kierunkach zapewniających wyjście z chipu

a) b)

Rys. Dioda LED z warstwą 2 wymiarowego (2D) kryształu fotonicznego: a) budowa diody;b) b) zdjęcie powierzchni diody.



8. Dobranie wymiarów i materiałów na kontakty.• Z jednej strony, elektrody powinny pokrywać maksymalny obszar chipu w

celu zwiększenia sprawności wstrzykiwania nośników elektrycznych i równomiernego ich rozkładu i rozsyłu w chipie. Z drugiej strony elektrody powinny być możliwie małe, aby fotony wydostające się z chipu nie były w nich absorbowane

• Dwa rozwiązania:1. stosowanie kontaktów z materiałów przynajmniej w części przezroczystych (np.

tlenek cyny i indu: InSnO lub tlenek niklu i cyny: NiSnO)2. kontakty o optymalizowanych kształtach.

• Szczytowym osiągnięciem w wykonywaniu kontaktów, są kontakty ażurowe (ang. mesh contacts), które pokrywają praktycznie całą powierzchnię chipu, a jednocześnie przepuszczają zdecydowanie większość światła.



• Na rysunku a przedstawiony jest chip diody XLamp, który jest stosowany w 1W diodach LED mocy emitujących kolory: zielony, cyjnanowy, niebieski, royal blue i UV.

• W celu poprawienia wydajności optycznej firma CREE wykonuje diody LED na podłożach z przezroczystego węglika krzemu SiC. Dzięki temu promienie przechodzą bez strat optycznych przez podłoże i ulęgają odbiciu na teksturowanym mini zwierciadle, na którym zamontowany jest chip.

• Na górnej powierzchni chipu znajdują się gwiaździste, bardzo cienkie elektrody, które równomiernie rozprowadzają prąd w chipie, a jednocześnie nie stanowiąprzeszkody optycznej dla wychodzącego światła.

• znaczącym usprawnieniem jest teksturowanie górnej powierzchni chipu, która nie jest gładka, lecz chropowata. Dzięki temu światło z większym prawdopodobieństwem nie ulega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu.

a) b) Rys. Optymalizacja kontaktów: a) kontakt w kształcie gwiazdy na niebieskiej diodzie XLampfirmy CREE, b) kontakt ażurowy typu siatka (ang. mesh) na czerwonej diodzie XLamp firmy CREE.



II. Optyka na poziomie obudowy diody• Chipy diod LED pokrywa się zawsze przezroczystymi substancjami

(żywice epoksydowe, polimery akrylowe i silikony ), które pełnią funkcje optyczne i zabezpieczające.

• Jednym z ważniejszych parametrów tych substancji jest wartośćwspółczynnika załamania (na ogół 1.5 - 1.6 ), który ma wpływ na wartość kąta krytycznego dla fotonów wydostających się z chipu.

• Ogólna zasada jest taka, że współczynnik załamania ośrodka zewnętrznego powinien mieć możliwie zbliżoną wartość do współczynnika materiału warstwy chipu, z której emitowane jest światło.

• Materiały na pokrycie chipów oprócz możliwie wysokiej wartości współczynnika załamania muszą również charakteryzować sięodpornością na wysokie temperatury (powyżej 130º) oraz szoki temperaturowe, odpornością na oddziaływanie światła o wysokiej intensywności oraz odpornością na wilgoć i penetrację przez wodę. Powinny również charakteryzować się maksymalnie niskim poziomem tłumienia światła



• Pokrycia chipów diod, w których wykorzystuje się pompowanie luminoforu promieniami UV (mogą uszkadzać wzrok) powinny absorbować to promieniowanie i przepuszczać jedynie widmo światła widzialnego.

• Ważne jest też żeby substancje pokrywające chip charakteryzowały sięwysoką wytrzymałością mechaniczną.

• Kolejnym wymaganiem stawianym substancjom na obudowy chipów LED jest możliwość formowania ich w kształty zwiększające sprawnośćzewnętrzną diody oraz możliwość wytwarzania soczewek, które kształtująwiązkę światła i wyjściowy kąt rozsyłu.

• Ostatnim elementem optycznym wykonywanym na poziomie obudowy diody są reflektory. Ich zadanie to głównie kształtowanie wiązki diody oraz odbicie w kierunku świecenia diody fotonów emitowanych przez boczne ściany chipu.



III. Optyka instalowana nad obudowądiody.

• Większość diod LED dużych mocy ma szerokie kąty rozsyłu światła –od 100º do 150º.

• W wielu zastosowaniach wymagana jest wiązka światła o ściśle zdefiniowanych kątach rozsyłu (np. 30º, 10º, 5º). Odpowiedzią na to zapotrzebowanie są układy optyczne instalowane zaraz nad diodąLED.

• Dzięki temu, że diody LED typu emiter mocy są prawie punktowymi źródłami światła dodatkowe układy optyczne mogą charakteryzować sięniewielkimi rozmiarami, a w konsekwencji niższą ceną.

• Standardowo taki układ optyczny składa się 2 elementów: soczewki lub reflektora oraz tzw. holdera, czyli uchwytu, która utrzymuje w odpowiedniej odległości soczewkę czy reflektor ponad diodą.



• Zarówno parametry holderów jak i plastikowych układów optycznych powinny być zbliżone do tych, jakie posiadająobudowy diod LED. Trzy najważniejsze właściwości to:• Odporność na wysoką temperaturę, • Sprawność minimum 80%• Odporność na długotrwałe naświetlanie światłem o bardzo dużym

natężeniu.

Rys. Przykłady soczewek i holderów dla diod typu emiter mocy firmy CREE: a) soczewki z nóżkami do zgrzewania, b) soczewki z holderami montowane na wcisk.



IV. Optyka na poziomie oprawy oświetleniowej

• Do zadań opraw oświetleniowych należy między innymi rozprowadzenie w otoczeniu światła wytwarzanego poprzez diody LED.

• Wyzwaniem dla projektantów opraw z diodami LED jest przede wszystkim wytworzenie jednolitego strumienia świetlnego pochodzącego z wielu punktowych źródeł światła, jakimi są poszczególne diody.



Przykład rozwiązania tego problemu

Rys. Sposób na uzyskanie jednolitej wiązki światła z wielu punktowych źródełświatła

Rys. Problemy oświetleniowe, które mają miejsce, gdy wykorzystywane są punktowe źródła światła o ściśle zdefiniowanej wiązce i kątach rozsyłu: a) cienie b) niejednorodne rozłożenia światła w bliskich odległościach od źródeł światła.



4. Parametry diod LED1. Energooszczędność.

• Diody LED są wysoko wydajnymi źródłami światła monochromatycznego i mają potencjał technologiczny potrzebny by być w przyszłości wysoce wydajnymi źródłami światła – nawet 200lm/W.

• Szacuje się, że w przyszłości wymiana stosowanych obecnie źródeł światła na diody LED pozwoli na zredukowanie ilości energii elektrycznej wykorzystywanej w oświetleniu o połowę.

2. Czas życia.• od 50 000 do 100 000 godzin,• Strumień świetlny diod LED ulega stopniowej degradacji w miarę upływu

czasu,3. Strumień świetlny.

• Od pojedynczych mili lumenów po setki lumenów emitowanych przez pojedynczy chip,

• Szacunkowo w przyszłości wielkość emitowanego strumienia świetlnego z jednego chipu LED wyniesie 1500 lm przy sprawności 150-200 lm/W.


Parametry diod LED_1


4. Współczynnik oddawania barw.• współczynnik CRI jest powiązany zależnością z wydajnością świetlną. Im

większa wartość tego współczynnika tym mniejsza wydajność świetlna,

• W technice oświetleniowej stosowane są źródła światła o współczynniku CRI: niskim, średnim, wysokim i bardzo wysokim. Wszystkie te zakresy sąw zasięgu możliwości lamp LED,

• Technologia diod LED umożliwia produkcję źródeł światła o bardzo wysokim CRI 95, a w przyszłości również i o wysokiej wydajności świetlnej (>150lm/W).

Rys. Jakość światła: a) zależność CRI od wydajności świetlnej lampy LED i ilości zastosowanych kolorów diod; b) Zależność wydajności świetlnej od temperatury barwy światła CCT dla białej diody RGB

a) b)



5. Temperatura barwy bieli.• Możliwe jest wytwarzanie białych emiterów LED w szerokim zakresie

temperatur – od tych odpowiadających światłu ognia o bardzo ciepłej barwie, poprzez barwę światła żarówki, idealną biel odpowiadającą światłu słonecznemu, po chłodne i bardzo zimne światło charakterystyczne dla lamp fluoroscencyjnych i rtęciowych.

Rys. Testy i praktyka: a) pokój testów do badania oświetlenia LED zdolnego do zmiany temperatury barwy. Oprawa zawiera diody czerwone, pomarańczowe, zielone, niebieskie oraz białe; b) sala konferencyjna w jednym z austriackich banków z zainstalowanym oświetleniem LED nad stołem mającym pozytywnie wpływać na nastrój i wydajnośćpracowników

a) b)



6. Wytrzymałość.• Diody LED są bardzo wytrzymałe mechanicznie na uderzenia, wstrząsy,

wibracje oraz oddziaływanie otoczenia – wysokie i niskie temperatury.

Rys. Oświetlenie LED może dostosowywać barwę światła w zależności od potrzeba) zimne światło sprzyjające koncentracji;b) ciepłe światło rozluźniające i stwarzające pogodny nastrój



7. Niski poziom IR.• Diody LED dzięki istocie samego procesu powstawania światła (zjawisko

rekombinacji promienistej), teoretycznie mogłyby nie wytwarzać ciepła.• Część światła powstającego wewnątrz chipu diody nie wydostaje się na

zewnątrz ze względu na całkowite wewnętrzne odbicie.• Emitowane ciepło przez diodę w kierunku strumienia światła jest

minimalne.

8. Brak lub niski poziom UV.• Diody LED, w których kolor biały uzyskuje się na zasadzie mieszania barw

podstawowych lub konwersji światła niebieskiego w luminoforze, w odróżnieniu od lamp fluorescencyjnych nie posiadają w swoim widmie szkodliwego promieniowania UV.

• Promieniowanie UV mogą emitować diody białe, w których luminofor jest pobudzany do świecenia diodą ultrafioletową.

• Diody ultrafioletowe mają tylko jeden pik na charakterystyce spektralnej i to w zakresie fal o niskich energiach (370 do 410 nm), które są z tego względu mało szkodliwe. Co więcej pik w ultrafiolecie diod UV LED jest ściśle zdefiniowany, przez co łatwe jest dobrać odpowiedni luminofor i warstwy nie przepuszczające UV.



9. Ukierunkowany strumień świetlny.• Diody LED mają ściśle zdefiniowany kąt bryłowy rozsyłu światła.• Wykonuje się diody o kącie rozsyłu na poziomie pojedynczych stopni po

diody o kącie emisji przekraczającym 150 stopni.• Wiązka światła może być eliptyczna – szeroka w jednej osi i wąska w

drugiej.10. Małe wymiary.

• Od ledwie dających się zauważyć gołym okiem diod typu SMD stosowanych w telefonach komórkowych po diody na radiatorach o średnicy kilku centymetrów.

Rys. Największe diody LED mająkilka milimetrów średnicy, a z radiatorami na ogół nie przekraczają 20mm.



11. Czas włączenia i wyłączenia.• Czas włączenia diod LED nie przekracza 100ns, a czas wyłączenia 200ns.• Porównani z żarówkami są to czasy 2 miliony razy krótsze!!!• Dzięki bardzo dużej szybkości włączenia i wyłączenia diod LED możliwe jest

sterowanie PWM (szerokością wypełnienia impulsu).• Szybkości diod LED pozwalają również na swobodne wykorzystanie ich do

konstrukcji wielkoformatowych ekranów video o praktycznie nieograniczonych wymiarach.

• Przejście na szybkie diody zwiększa znacząco bezpieczeństwo na drogach.12. Łatwość w sterowaniu i obsłudze.13. Bezpieczeństwo.

• Lampy LED są znacznie bezpieczniejsze dla użytkownika niż pozostałe źródła światła.

• Są zasilane bezpiecznym stałym napięciem (najczęściej 12V i poniżej).• Brak iskrzenia.• Charakteryzują się dużą niezawodnością wynikającą z długiego czasu życia,

energooszczędności, wytrzymałości mechanicznej itp.• diody LED nie zawierają trujących substancji oraz nie mają kruchych

elementów szklanych.Zagrożeniem dla zdrowia ludzi może być jednak oddziaływanie światła monochromatycznego o dużej intensywności na wzrok.



14. Nowe obszary zastosowań światła.• Dzięki łatwości sterowania cyfrowego opraw LED rozwija się oświetlenie

inteligentne.• Łatwość sterowania cyfrowego w połączeniu z szeroką gamą kolorowych

diod LED poskutkowało powstaniem branży oświetlenia dekoracyjnego zmieniającego dynamicznie kolor.

• Diody znajdują zastosowania w medycynie klasycznej i niekonwencjonalnej.

a) b)

Rys. Dekoracyjne oświetlenie LED: a) zastosowanie kolorowego oświetlenia na wystawach sklepowych zwiększa zainteresowanie produktami i sprzedaż; b) iluminacja budynków lampami LED pozwala na uzyskanie efektów świetlnych, które dotychczas przy użyciu klasycznych lamp były zbyt kosztowne.



15. Tania produkcja masowa.16. Ochrona środowiska.

• Zastąpienie klasycznych źródeł światła nowoczesnymi rozwiązaniami opartymi o technologię emiterów SSL doprowadzi do blisko 10% zmniejszenia zapotrzebowania na energię elektryczną na świecie.

• Dużym plusem diod i lamp LED jest łatwość utylizacji w porównaniu z energooszczędnymi lampami fluoroscencyjnymi, które zawierają między innymi trujące związki rtęci.

• Wyjątkiem jest wykorzystywany na podłoża czerwonych emiterów arsenek galu GaAs.



5. Sposoby otrzymywania białych emiterów LED

• Diody LED są emiterami wytwarzającymi promieniowanie w wąskim zakresie widma częstotliwości – są więc źródłami światła monochromatycznego.

• Żeby wykonać białą diodę LED korzysta się z sumowania addytywnego podstawowych barw światła.

• stosuje się 3 główne metody otrzymania białej diody LED:1) Mieszanie światła kilku barw.2) Konwersja długości fali z wykorzystaniem luminoforu.3) Metoda hybrydowa będąca połączeniem 2 pierwszych.


1) Mieszanie światłaW tej metodzie najczęściej umieszcza się w jednej obudowie 3 chipy LED tworzące diodę RGB.

• Nie występują tu straty w luminoforze związane z konwersją światła.• Możliwość elastycznego sterowania temperaturą światła białego i

współczynnikiem oddania barw CRI.Niekorzystną cechą tej metody jest duży koszt i komplikacja obwodu zasilająco-sterującego.

Rys. Otrzymywanie bieli poprzez mieszanie trzech barw podstawowych

Sposoby otrzymywania białych emiterów LED_1


• Często wykorzystuje się mikroprocesory, odpowiedzialne za odpowiednie wysterowanie diod i uzyskanie światła o pożądanych parametrach.

• Co należy wziąć pod uwagę projektując diodę w tej metodzie:– Każda z diod wymaga osobnego obwodu zasilającego.– trzeba uwzględnić różnice w natężeniu oświetlenia poszczególnych barw.– Odmienne są charakterystyki termiczne i starzeniowe dla każdego rodzaju

diod.

2) Konwersja światłaMetoda ta polega na zastosowaniu luminoforu, którym pokrywa siędiodę LED promieniującą w paśmie nadfioletu (UV LED).

Rys. Otrzymywanie bieli przez konwersję promieni UVw luminoforze RGB



• Luminofor pokrywający chip diody składa się z trzech warstw, z których każda realizuje konwersję światła UV na jedną z trzech barw podstawowych.

Zalety:• Prosta technologia produkcji.• Nieskomplikowany układ zasilania.• Niskie koszty.

Wady:Bardzo mało efektywne energetycznie.Nie daje możliwości kontrolowania barwy światła białego i CRI.Szczątkowe promieniowanie UV, które przedostaje się przez warstwy luminoforu.



3) Metoda hybrydowaW trzeciej metodzie połączono zalety obu powyższych rozwiązań.Zastosowano wzbudzenie żółtego luminoforu za pomocą światła diody niebieskiej 470nm (lub granatowej 460nm).

• Zastosowano wzbudzenie żółtego luminoforu za pomocą światła diody niebieskiej 470nm

• Światło niebieskie jest częściowo przepuszczane, a częściowo pochłaniane poprzez luminofor, który konwertuje je w światło o barwie żółtej (kolor powstający w wyniku sumowania addytywnego barwy czerwonej i zielonej).

• Następnie dokonuje się mieszanie barw niebieskiej i żółtej, co w efekcie daje barwę białą.

Rys. Otrzymywanie bieli przez częściową konwersję promieni niebieskich w luminoforze żółtym



Zalety:• Prosta metoda do wykonania.• Prostym obwodem zasilania.• Zwiększonej wydajności energetycznej.• Nie promieniuje w paśmie UV.

Wady:Zimna temperatura barwy otrzymywanego światła białego.Współczynnik oddania barw na poziomie 75-80.

Poza wymienionymi trzema podstawowymi metodami stosuje się także zamianę monochromatycznego światła diod LED w światło białe wykorzystując konwertery półprzewodnikowe, konwertery z barwników organicznych oraz konwertery z kropek kwantowych. Są to jednak technologie znajdujące się obecnie w stadium rozwoju lub wykorzystywane na niewielką skalę.



6. Zastosowania• Architektura świetlna;• Światła uliczne i sygnalizatory;• Sensory (np. dymu);• Sygnalizatory skrzyżowań kolejowych;• Wskaźniki ciągłości;• Lampy błyskowe;• „Koguty” na karetkach, wozach policyjnych itp.;• Cienkie, lekkie tablice informacyjne na lotniskach, stacjach kolejowych, a

także w autobusach, tramwajach itp.;• Czerwone oraz źółte LED-y mogą być używane jako czujniki lub

alfanumeryczne panele w środowisku, gdzie nocne widzenie musi byćzachowane;– Obserwatoria astronomiczne,– Kabiny pilotów w samolotach,– Pokłady łodzi podwodnych i statków, itp.


• Podczerwone LED do pilotów telewizyjnych itp.• W światłowodach komunikacyjnych.• Czujniki ruchu, np. w optycznej myszy komputerowej.• Ze względu na ich długi czas życia, będą używane jako światła stopu i

sygnalizatory w samochodach i ciężarówkach

Rys. Panel LED jako źródło światła w eksperymencie hodowli roślin. Wyniki tego eksperymentu mogąpomóc w hodowli roślin w kosmosie.

Rys. Panele LED są dobre w zewnętrznym zastosowaniu,ponieważ ich jasność jest dobra nawet podczas słonecznego dnia.

Zastosowania_1


• Oświetleniowe zastosowania:– Zastąpienie żarówek i lamp fluorescencyjnych

• Dają one jak do tej pory 32 lm/W, a w przyszłości mają dać 80 lm/W,• Są one odporniejsze mechanicznie niż dzisiejsze źródła światła,• Cena LED-ów cały czas maleje, więc stają się one coraz dostępniejsze,• Coraz dostępniejsze robią się również LEDlatarki,

– Do roku 2020 wzrost technologiczny pozwoli na zmniejszenie kosztów diod LED, co doprowadzi, że będą one występować w większości domów.

• Jednakże są wciąż niekonkurencyjne w ogólnych zastosowaniach.• Są szeroko rozpowszechnione na rynku samochodowym

(kierunkowskazy, kontrolki), oświetleniowym (światła uliczne)

Zastosowania_2


– W przeciwieństwie do klasycznych żarówek, diody LED nie potrzebują zewnętrznych warstw (absorbujących dużą częśćemitowanego światła) do zmiany koloru.

– Znalazły zastosowanie jako źródła światła żółtego, tam gdzie nie wymagane jest przystosowanie do ciemności np.: ciemnia, obserwatorium, oświetlenie w niektórych laboratoriach.

• LED-owe panele:a) Konwencjonalne, używające odrębnych LED-ów;b) Montaż paneli powierzchniowy (SMD);

– Większość zewnętrznych i niektóre wewnętrzne panele sąwykonane pierwszą metodą.

– Diody tworzą pixele i są poukładane jeden obok drugiego.

Zastosowania_3


Rys. Długi na 1.500 stóp LED-owy display mieszczący się w Las Vegas jest obecnie największym na świecie. Zbudowany został przez LG Corporation.

Zastosowania_4


– Większość ekranów na rynku wykonywana jest drugą metodą (SMD)– Pixel w tej metodzie składa się z diod RGB montowanych w chipset, które są

montowane na przenośnej tablicy. – Pojedyncze diody są małe i umieszczone bardzo blisko siebie.

– Różnica jest taka, że dystans widzenia jest mniejszy o 25% w przypadku ekranów robionych drugą metodą w stosunku do pierwszej, przy tej samej rozdzielczości.

– Wymagania dla paneli do domów są takie, że mają być wykonane w technologii SMD, oraz aby ich jasność wyniosła minimum 600 kandeli na metr kwadratowy (nit).

– Wymagania dla paneli zewnętrznych są takie, że ich jasność ma wynieść2.000 kandeli na metr kwadratowy (nit). Jednakże muszą wytrzymać nawet do 5.000 nit, gdy świeci na nie słońce.

Rys. Panel LED dopuszczający małe skupiska zamiennych LED-ów stanowiące jeden duży display.

Zastosowania_5


LED przykładyZastosowania_6


LED przykładyZastosowania_7


LED przykłady

Zastosowania_8


Zastosowania_9


• Europejskie przedsiębiorstwa zajmują silną pozycje na rynku oświetleniowym z zakładanym rocznym wzrostem 3%.

• W 2004 roku światowy rynek wysoko jaskrawych LED-ów sięgnął 3,7 biliona dolarów. W ostatnim roku większość z tego wzrostu została napędzona przez wzrost użytku wysoko jaskrawych LED-ów w ruchomych zastosowaniach (np. telefony komórkowe, cyfrowe kamery).

• Rynek wysoko jaskrawych LED-ów spodziewanie będzie rósł 13% rocznie osiągając 6,8 biliona dolarów w 2009 roku. Podczas gdy przewidywany jest spadek udziału w rynku ruchomych zastosowań, jednocześnie jest przewidywany duży przyrost udziału w rynku dla oświetlenia, znaków i display-ów.

Zastosowania_10


• Użycie LED-ów pozwala zastosować nowe możliwości dla światła i kreować atmosferę– Lewa góra: multimedialna biblioteka we

Francji– Lewa dół: restauracja w Helsinkach– Dół: wielki display zbudowany z LED-ów

w Chicago• wzrostu zupełnie nowych obszarów rynku jak

np. kreowanie atmosfery czy światło i zdrowie

• zmiana środowiska pracy przez „ruchome biuro” z notebookami i telefonami komórkowymi

Zastosowania_11


Nowe dziedziny zastosowań światła

• W zastosowaniu LED-owych systemów oświetlenia w oświetleniu wymagającym światła białego jest oczekiwany szybki wzrost w nadchodzącym roku. Wpasowanie w ogromny rynek będzie istotnie większe niż powszechnie stosowane LEDy używające monochromatycznego światła

Rys. Podstawowa optyka dla projektora świetlnego LED z jednorodną kołową kropką

Zastosowania_12


• Tworzenie światła białego lub o jakimś kolorze, skutkuje sposobami na łączenie wielokrotnych LED-ów w różne kolory. Najbardziej zwyczajną drogą do łączenia świateł różnych kolorów jest łączenie światła w falowodzie lub umiejscowienia wielokrotnych LED-ów w jednym kolimatorze

• Bardzo ważne może się stać posiadanie najmniejszej możliwości zmiany oświetlenia np. reflektor punktowy czy górne oświetlenie biura. Dlatego nowe drogi łączenia światła i ochrony rozciągłości są potrzebne

• Wyzwaniem jest optymalizacja co do funkcjonalności, niezawodności, skuteczności, kosztu i rozmiaru, zwłaszcza w powiązaniu stabilności koloru i odtwarzalności. Nowatorskie architektury i rozwiązania układów spełniających te wymogi będąmożliwością dla udanego wprowadzenia nowych LED-ów w podstawowe świetlne produkty

Zastosowania_13


• wszechobecność komputerowa (ubiquitous computing)– oznacza integracje mikroprocesorów w obiekty codziennego użytku jak meble

czy ubrania• wszechobecność komunikacyjna (ubiquitous communication)

– umożliwia obiektom komunikacje wzajemną użytkownika z display-ami i bezprzewodową siecią

• inteligentne interfejsy użytkownika (intelligent user interfaces) – umożliwia mieszkańcom środowiska kontrole i wzajemne oddziaływanie ze

środowiskiem naturalnym (głos, gesty) i osobowościowe sposoby (preferencja, kontekst), przez użycie inteligentnej elektroniki

Otaczająca inteligencja jako wizja przyszłości buduje trzy podstawowe klucze technologiczne:

Zastosowania_14


• Rolowanie displaya z bezprzewodowym połączeniem dla nowej zawartości, takiej jak e-gazeta display-owa

• Przyjęcie bezprzewodowych technologii dla interfejsów display-owych są warunkiem wstępnym dla ubiquitous computing– to może pozwolić licznym urządzeniom

na użycie jakiegokolwiek display-a• Nowatorskie techniki wytwarzania takie

jak drukowanie umożliwią duży spadek kosztów display-ów– pakowania towarów– pakowanie na bieżąco sekwencyjnie

przy użyciu małej kamery videoRys. Giętka, elastyczna matryca e-gazety SVGA display

Zastosowania_15


LED-y celowo do 150 lm/W

• polepszenie krzywej jaskrawości wzrostu więcej niż dwa rzędy wielkości poprzez ostatnie trzy dekady. Wzrost wydajności do 150 lm/W wydaje się osiągalny przez następne 1 do2 dekad

• Wydajność rzędu 50%• Dla większości zastosowań świetlnych, cała

wydajność ma być znacząco podniesiona (wewnętrzna > 80%; wydobywanie > 80%; przemiana > 80%; zewnętrzna wydajność: 150ml/W)

• Każdy pojedynczy chip jest nośnikiem prądu w jedno amperowym zakresieRys. Czerwona LED wysokiej

mocy (Philips)

Zastosowania_16


• Transportowanie ciepła z LED-ów jest szczególnie ważne, ponieważ ich wydajność jest znacznie czuła na temperaturę

• Badania są skierowane do formowania i wyboru materiałów które sąnieprzepuszczalne dla promieni UV, temperaturowo stabilnych i mająduże współczynniki odbicia lub załamania– komponentowe nanorurki węgla

Rys. Nowa generacja wielo LED-owa z czarnąpowierzchnią, jest o dużo większej dużej mocy i dłuższym pięciokrotnie czasie życia niżwcześniejsza wersja (Osram)

Zastosowania_17


• Emitowana moc jest ograniczona termicznie, i przez zdecydowane nasycenie charakterystyki prądowo mocowej, która jest typowa dla bazujących na InGaN emiterów. Redukcja przez:– doskonalenie jakości materiału aktywnych powłok– optymalizacja wzrostu samoistnej epitaksji

• możliwa kontrola mieszania kolor przez indywidualne dostrajanie nośników prądu RGB

• występuje emisja tylko w jednym kierunku– motoryzacyjne przednie światła– tylne światła w dużych panelach LCD – projektory na bazie LED

Zastosowania_19


• OSRAM• DRAGONtape

– 6 wysoko strumieniowych DRAGON LED na elastycznym podłożu;

– Zastosowania:• Do prototypowych osprzętów / armatury;• Awaryjna sygnalizacja;• Podświetlenie pod szkło oraz tworzywo sztuczne;

Zastosowania_20


B. DRAGONpuck– Zawiera wysoko strumieniowe LED-owe źródła światła z wysoką

intensywnością świecenia;

– Zastosowania:• Światła do czytania;• Małe sygnalizatory;• Osprzęt do mebli;

Zastosowania_21


• PHILIPSA. System LED String jest systemem opracowanym przez Philips;

– LED String jest wykonany z połączonych ze sobą galwanicznie diod kolorowych lub białych;

– w wersji kolorowej cechuje wysokie nasycenie barwy;– wersja biała ( zarówno ciepło jak i zimnobiała) charakteryzuje się

wysokim wskaźnikiem oddawania barw;

Zastosowania_22


Najważniejsze cechy :1. duża trwałość - 50 000 godzin pracy przy spadku strumienia w stosunku do

wartości początkowej o co najwyżej 50%. System LED String praktycznie nie wymaga konserwacji w okresie 50 000 godzin od instalacji, podczas gdy konwencjonalne systemy wymagają wymiany po 20 000 godzin;

2. kompaktowe rozmiary i elastyczność LED String umożliwiają ich instalację w bardzo wąskich konstrukcjach, a diody w dalszym ciągu będą w stanie zapewnić wymagany poziom luminancji oświetlanej powierzchni;

3. natychmiastowy zapłon -LED String cechuje bezzwłoczna reakcja na podanie napięcia zasilającego, nawet w niskich temperaturach rzędu -20°C.

4. oszczędność energii nawet do 80% w porównaniu z technologiąkonwencjonalną ( np. neonową );

5. promieniowanie widzialne generowane jest dla jednej długości fali , przez co uzyskaną barwę cechuje wysoki stopień nasycenia;

6. najwyższy stopień niezawodności, ponieważ LED String jest bardzo odporny na wstrząsy i nie zawiera elementów które można łatwo złamać, przerwać lub w inny sposób uszkodzić;

7. większe bezpieczeństwo - diody LED String pracują na niskim napięciu, przez co są bezpieczniejsze i łatwiejsze w użyciu; ponadto, ponieważ produkt nie zawiera rtęci, jest bardziej przyjazny środowisku.

Zastosowania_23


B. System modułowy LED to zintegrowane, uniwersalne w zastosowaniach rozwiązanie, w którym poszczególne moduły można dowolnie łączyć, tworząc matryce o praktycznie każdym kształcie;

– Moduły oferują kilka kątów rozsyłu ( wąski, średni i eliptyczny );

Najważniejsze cechy :1. Najwyższy stopień niezawodności, ponieważ system jest bardzo

odporny na wstrząsy i nie zawiera elementów które można łatwo złamać, przerwać lub w inny sposób uszkodzić.

2. Doskonały efekt wizualny. Nasze systemy LED w wersjach kolorowych generują promieniowanie widzialne dla jednej długości fali. Tak uzyskana barwa jest bardzo nasycona a efekt końcowy jest dużo lepszy niż np. w przypadku korzystania ze standardowych źródełw połączeniu z filtrami.

3. Większe bezpieczeństwo. Diody pracują na niskim napięciu, przez co są bezpieczniejsze i łatwiejsze w użyciu. Ponadto, ponieważ produkt nie zawiera rtęci, jest bardziej przyjazny środowisku.

Zastosowania_24


4. Brak UV i IR. Promieniowanie generowane przez nasze systemy LED nie zawiera nadfioletu i podczerwieni, dlatego można nimi oświetlać obiekty, dla których promieniowanie to jest szczególnie niekorzystne.

5. Natychmiastowy zapłon. LEDy cechuje bezzwłoczna reakcja na podanie napięcia zasilającego, nawet w niskich temperaturach rzędu -30°C.

6. Niskie koszty konserwacji. System modułowy LED ( oraz komponenty ) praktycznie nie wymaga konserwacji w deklarowanym okresie trwałości, podczas gdy konwencjonalne systemy wymagająwymiany po 20 000 godzin.

• Typowe zastosowania:

1. oświetlenie brzegowe i typu "wall-washing„;2. oświetlenie architektoniczne ( iluminacja );3. oświetlenie dekoracyjne ( sklepy, butiki, hotelowe foyer );4. oświetlenie orientacyjno-prowadzące i awaryjne;5. Podświetlanie;6. elementy świecące w meblach;

Zastosowania_25


C. Komponenty LED to płytki PCB zintegrowane z LED-ami;– Optyka systemu oferuje cztery kąty rozsyłu (120 , 300 , 500 i eliptyczny);

Posiada te same cechy co system modułowy LED

Zastosowania_26


• LEDline2 jako nowa propozycja oświetlenia dekoracyjnego

• Ostatnio na rynku ukazały się najnowsze diodowe źródła światła LuxeonTM. Jakość tych nowych diod jest zdecydowanie na wyższym poziomie niż dotychczas oferowanych. Wyższa skuteczność świetlna połączona z wyrafinowaną optyką, możliwość ściemniania oraz mieszania kolorów pozwala na osiąganie coraz to nowych i bardziej dynamicznych rozwiązań oświetlenia dekoracyjnego. W systemach Luxeon III skuteczność świetlna sięga już 60-65 lm/W, natomiast w pierwszych diodach sięgała tylko 20-25 lm/W.

Zastosowania_27


Zastosowania_28


• GELcore (USA) – połączone dwa przedsiębiorstwa (joint venture) :

– GE Lighting;– EMCORE Corporation;

1. Oznakowanie i architektura:

A. Tetra™ Power White

– Właściwości:• Wydajna energetycznie;• Długi czas życia – ponad 50,000 godzin;• Wysokiej mocy 1W LED-y;• Kolor biały – 6500K;

Zastosowania_29


B. Tetra™ Canopy

– Właściwości:• Hermetyczność;• Materiał odporny na uderzenia;• Kolor – bezbarwny;

C. Tetra™ Ultra

– Właściwości:• Wydajna energetycznie;• 88% więcej wychodzącego światła niż w przypadku tradycyjnych LED-

ów;• Czas nieustannej pracy – 35,000 godzin;• Nieczuły na polaryzacje;• Kolor – biały;

Zastosowania_30


2. Transport1) Światła uliczneA. Full Ball

– Właściwości:• Ponad 90% wydajniejsze energetycznie od świateł żarowych;• Długi czas życia – ponad 50,000 godzin;• 12 calowe (300mm) i 8 calowe (200mm) moduły;• Kolory: czerwony, żółty i zielony;

B. Oświetleniowe znaki drogowe

– Właściwości:• Ponad 50% wydajniejsze energetycznie od fluorescencyjnych;• Projekt opatentowany;• Szeroki przedział temperaturowy;• Kolor – biały;

Zastosowania_31


2) Światła kolejoweA. Przejazd strzeżony

– Właściwości:• Ponad 90% wydajniejsze energetycznie od świateł żarowych;• Soczewki stabilizujące ultrafiolet;• 12 calowe (300mm) i 8 calowe (200mm) moduły;• Kolor – czerwony;

B. Przydrożne

– Właściwości:• Ponad 90% wydajniejsze energetycznie od świateł żarowych;• Soczewki stabilizujące ultrafiolet;• Kolor – czerwony, żółty, zielony, biały;

Zastosowania_32


3. Ekrany świetlneA. Chłodzone (Refrigerated) ekrany świetlne

– Właściwości:• Ponad 50% wydajniejsze energetycznie od

fluorescencyjnych;• Ponad 50,000 godzinny czas życia;• Kolor biały – 4800K;

Zastosowania_33


• Indal C&EE s.r.o. - należy do grupy hiszpańskiego holdingu przemysłowego grupo INDAL

• posiada filie w Warszawie (Indal Polska Sp. z o.o.)

Zastosowania_34


• MIKRA svetlo inak, s. r. o. (Słowacja) – firma zajmująca się tylko oświetleniem LED

• LED RGB tuba

• LED RGB kula

Zastosowania_35


• Samsung• Firma Samsung Electric rozpoczęła 31 sierpnia w fabryce w Suwon,

produkcję podświetlania LED przeznaczonego do stosowania w TV LCD. Samsung Electric zamierza bardzo intensywnie zaangażować sięw produkcję TV LCD z podświetlaniem LED, które to urządzenia, według ekspertów, mają zastąpić w ciągu najbliższych lat TV LCD z podświetlaniem tradycyjnym. Podświetlanie LED stosowane jest od dłuższego czasu (2001) w urządzeniach mobilnych.

• Samsung zaprezentuje na IFA 2006 najnowszy model TV LCD z podświetlaniem LED model LE-40M91B. Telewizor będzie prezentowałprędkość odświeżania i zakres reprodukowanych koloru na poziomie zbliżonym, a nawet lepszym niż monitory CRT. Zastosowany panel ma rozdzielczość 1366 x 768 pikseli, kontrast dynamiczny 10000:1, jasność500cd/m2. Czas odświeżania matrycy 8ms, kąt oglądalności 178 stopni. Nowy panel Samsunga może odtwarzać aż 124% palowskiejpalety barw. Cena 3999 €.

Zastosowania_36


• We wrześniu tajwański producent Ya Hsin Industrial wyeksportuje do klientów w USA, Japonii i Europie, 15, 17 i 19 calowe monitory z podświetlaniem LED. Urządzenia będą sprzedawane pod czterema uznanymi markami, ale ich nazwy są objęte tajemnicą. Początkowo łączne liczba wyeksportowanych monitorów ma wynieść 5 tys. sztuk.

• Ya Hsin Industarial zamierza jeszcze we wrześniu rozpocząć sprzedażTV LCD z ekranami o przekątnej 32 cali wykorzystującego podświetlanie LED.

Zastosowania_37


• Firma Stanley wprowadziła do swojej oferty latarkęwyposażoną w diody typu LED;

• Energooszczędność - jeden zestaw baterii wystarczy nawet na 200 godzin użytkowania latarki;

• MaxLife 369 z trójnogiem może pracować zasilany trzema, sześcioma lub dziewięcioma bateriami AA;

• Latarka została też wyposażona we włącznik za pomocą którego można regulować moc z jaką generowane jest światło;

Rys. Latarka Stanley MaxLife 369

Zastosowania_38


7. Podstawy fizyczne OLED

Rys. Działanie OLED Rys. Prostota budowy wyświetlacza OLED


• OLED-y są przyrządami półprzewodnikowymi opartymi na cienkich organicznych powłokach. Mogą zawierać dwie lub trzy warstwy organicznego materiału;

• Trzecia warstwa pomaga transportować elektrony z katody do warstwy emisyjnej;

• podwójna warstwa składa się z następujących części:– Podłoże (czyste tworzywo sztuczne, szkło) – podłoże podpierające OLED;– Anoda (przezroczysta) – odprowadza elektrony (dodaje dziury) kiedy prąd

płynie przez urządzenie;

Podstawy fizyczne OLED_1


– Organiczne warstwy. Wykonane są z polimerów lub molekuł organicznych• Przewodząca warstwa – zrobiona z molekularnego organicznego tworzywa

sztucznego (np. polyaniline), transportuje dziury z anody;• Emisyjna warstwa – zrobiona z molekularnego organicznego tworzywa

sztucznego (innego niż warstwa przewodząca) (np. polyfluorene), transportuje elektrony z katody, tam gdzie jest tworzone światło;

– Katoda (może być widoczna lub nie zależnie od rodzaju OLED) – wstrzykuje elektrony, gdzie płynie prąd przez urządzenie;

• OLED emituje światło dzięki procesowi zwanemu elektro fosforescencja:– Płynie prąd z katody do anody przez organiczne warstwy. Katoda oddaje

elektrony do molekularnej organicznej warstwy emisyjnej, a anodaodprowadza elektrony z przewodzącej molekularnej organicznej warstwy (dając dziury). Powstaje wtedy granica pomiędzy emisyjną a przewodzącąwarstwą. Elektrony znajdują dziury i zapełniają je. Zapełnianie oznacza, spadek atomu z poziomu energetycznego przepuszczając elektron. Kiedy to się stanie elektron oddaje energie w postaci fotonu światła. To światło jest emitowane przez OLED;

– Intensywność zależy od wartości zastosowanego prądu. Mocniejszy prąd –jaśniejsze światło;

– Kolor światła zależy od rodzaju organicznej warstwy z której zrobiona jest warstwa emitująca.



• Wykorzystywane są w nich:

– Matryce pasywne – stosowane w małych ekranach• Elementy luminescencyjne są w nich umieszczone na skrzyżowaniach poziomych

i pionowych linii sterująco – zasilających.Możliwe jest sterowanie tylko pojedynczym elementem – pikselem.

• Im większy ekran, tym krótszy będzie, przy założonej częstotliwości odświeżania, czas świecenia jednego piksela. A więc im większy ekran, tym ciemniejszy.

• Po przekroczeniu pewnej progowej gęstości prądu zmienia się po barwa światła wytwarzanego przez element, bowiem zostają wzbudzone również atomy nie należące do tych węzłów, które w "planie cząsteczki" mają za zadanie generowaćświatło.

• Wykorzystanie tych matryc w telefonach komórkowych najnowszych generacji, komunikatorach i innych gadżetach z kategorii "handheld devices„

– Matryce aktywne• Rozwiązaniem likwidującym problem rozmiarów matrycy jest zastosowanie

układów tranzystorów podtrzymujących świecenie przez dłuższy czas od kwantu jego skanowania w matrycy (jak w obecnych LCD). Aby uniknąć kosztów, należy więc wykonać je z cienkowarstwowego krzemu bezpostaciowego lub polikrystalicznego (Technologia TFT).



8. Parametry OLED• szeroki kąt widzenia (do 180°)• lepsze odwzorowanie kolorów i lepszy kontrast• brak konieczności podświetlania• możliwość produkcji na elastycznym podłożu• mniejsza energochłonność• trwałość ok. 30 000 h pracy


Zalety kolorowych ekranów OLED:

• bardzo płaskie;• łatwość uzyskiwania dowolnych barw światła diod OLED;• duża transparentność (przejrzystość) w stanie nieaktywnym – do 70%;

– Umożliwia to budowę pikseli ekranu jako elementów trójwarstwowych -piksel taki złożony jest z nałożonych na siebie warstw RGB, zamiast położonych obok siebie elementów RGB

Rys. Piksel wyświetlacza wykorzystującego przezroczyste OLED

Parametry OLED_1


• możliwość wykorzystania na podłożach elastycznych (FOLED).• świecenie samego ekranu – nie ma konieczności podświetlania z boku czy z

tyłu ekranu, co oznacza, że zajmują mniej miejsca i są mniej energochłonne oraz są tańsze w produkcji w stosunku do ekranów LCD;

• krótki czas reakcji – cecha ważna przy odtwarzaniu szybko zmieniających się obrazów (gry, filmy);

• zawartość ekranu widać nawet przy szerokim kącie spojrzenia;• Produkcja ekranów OLED wymaga mniej etapów oraz wykorzystywane

są mniejsze i tańsze materiałów niż LCD;• Możliwość budowy ekranów elastycznych.• Dla elementów OLED nie występują takie ograniczenia, jak na przykład

maksymalna powierzchnia elementu, jaką można obsłużyć przy zadanej częstotliwości odświeżania.

• Minimalny rozmiar elementu jest znacznie mniejszy niż w przypadku konstrukcji opartych na LCD, a to dzięki temu, że element OLED świeci sam, podczas gdy element LCD jest jedynie "zaworem" sterującym przepływem światła.

Parametry OLED_2


Problemy

• Początkowy problem: starzenie się polimerów, ich wrażliwość na zanieczyszczenia, rozkład pod wpływem wody, konieczność produkcji w sterylnych warunkach, często w atmosferze gazu obojętnego, odpowiedni sposób przechowywania;

• Wymagana jest hermetyczna obudowa. Pierwsze OLED-y miały szklanąobudowę, ale ta nie jest elastyczna. Trwają prace nad plastikiem i jego kompozytami, które byłyby elastyczne – wymaganie na potrzeby budowy elastycznego ekranu;

• Najpoważniejszym problemem jest uzyskanie jednorodnej emisji światła na całej powierzchni polimerowego materiału. Nierównomierny rozkład natężenia światła związany jest z różnicą szybkości przepływu ładunków dodatnich i ujemnych - elektrony mogą migrować w kierunku nie najbliższych, ale oddalonych dziur. Wyświetlacze OLED wymagają więc kilku dodatkowych warstw specjalnie dobranych substancji, tak aby ładunki elektryczne były równomiernie wprowadzane do całej objętości polimeru.

Parametry OLED_3


9. Zastosowania• Pierwszy wyświetlacz produkowany na skalę masową w technologii

OLED miał swoją premierę podczas targów CeBIT 2002.• Motoryzacja – oświetlenie zewnętrzne i wewnętrzne, ekrany nawigacji,

wyświetlacze radiowe;• Urządzenia przenośne – niskie napięcie wzbudzenia (< 5V), urządzenia

na baterie ze względu na niski pobór prądu, użycie matryc pasywnych (małe rozmiary);

• Bankowość – SmartCard (karta kredytowa informująca nas na bieżąco o stanie kąta), jest ona grubości tradycyjnej karty bankowej. Wbudowano w nią: jasny wyświetlacz OLED, cienką baterię litową, mikroprocesor i płaskie złącze kontaktowe. Jej żywotność sięga 3 lat.


Rys. Karta płatnicza ze świecącym wyświetla –czem zrobiona z organicznych LED pokazującastan naszego konta.

Rys. Możliwość dostarczania informacji prosto z orbity. Użytkownik będzie mógł bezpośredniodostać informacje na elastyczny ekran po wcześniejszym poborze.

Zastosowania_1


Dane podane przez DisplayBank LG Electronics

Zastosowania_2


Rozwój LED-ów•OLED – organic light emittingdiode

•PDP – plasma display panel

•LCD – liquid crystal display

•CRT – cathode ray tube

•RP – rear projection

Rys. Całkowity wzrost dochodów z display-ów spodziewany jest wraz ze spadkiem udziału w rynku CRT i rozmięknięciem wzrostu rynku LCD

Zastosowania_3


Zastosowania_4

Rys. OLED-owe źródła światła mająpotencjał do zamiany dzisiejszych, konwencjonalnych źródeł światła

• OLED-owe materiały cierpią z ograniczonej stabilności, ograniczonej wydajności i niskiej mocy

• Relacja pomiędzy projektem molekuł a wykonaniem w urządzeniu jest jeszcze rozwijającym się obszarem

• W OLED-ach funkcjonująca struktura jest bazowana na kilku setkach nanometrowych cienkich amorficznych organicznych warstewkach

• OLED-y oferują fascynujące opcje w istniejącym procesie na elastycznych podłożach, (roll-to-roll) co prowadzi do zmniejszenia kosztów

• Problemem : technika osadzania dla mocnej i ścisłej definicji organicznych warstewek i cienkich warstewek hermetycznych


• Sony– Odtwarzacze MP3:

• Ekran OLED 1,5" • Cena: 947,00zł

Cena: 395,00złSony Corporation zamierza wybudować pilotażową linię produkcyjną OLED o dużych wymiarach. Nowa linia ma powstać w fabryce w Shiga należącej do firmy ST LiquidCrystal Display Corporation (ST-LCD), będącej joint venture między Sony Corporation a Toyota Industries Corporation. Wytwarza ona będzie ekrany o przekątnej 10 cali i większe, przeznaczone do stosowania w urządzeniach przenośnych a także stacjonarnych telewizorach. Rozpoczęcie nowej produkcji nastąpi w marcu przyszłego roku. Fabryka w Shiga wytwarza panele OLED o wymiarach 3,8 cala i mniejsze już od roku 2004.

Zastosowania_5


• Nowy ekran o przekątnej 3,8'' ma 2.14 mm grubości, posiada szereg zastosowań np. możliwość oglądania programów TV, przechwytywanie obrazów na urządzeniach przenośnych takich jak choćby CLIE VZ90. Wszystkie te zastosowania posiadają wysoką jakość.

• Chiński oddział koncernu Sony zaprezentował nowy przenośny odtwarzacz audio - CE-P. Urządzenie wyposażono w kolorowy wyświetlacz OLED

Zastosowania_6


• Samsung

– Na odbywających się targach SDI (2006r.), firma Samsungzaprezentowała nową technologia umożliwiającą prezentacjętrójwymiarowego obrazu na ekranach w telefonach komórkowych, PMP, a także w innych urządzeniach przenośnych. Nowy produkt wykorzystuje aktywną matrycę OLED, która jest wielokrotnie szybsza od popularnych LCD. Nowy produkt ma przekątną 3.4 cala (10.9 cm) i gwarantuje najwyższą rozdzielczość ze wszystkich opracowanych do tej pory ekranów. Z czasem firma zamierza rozwinąć tę technologię do produkcji większych ekranów np. do laptopów czy telewizorów. Według przedstawicieli firmy, w ciągu najbliższych 10 lat wiele firm zaadoptuje w swoich wyświetlaczach jej technologię 3D.

Zastosowania_7


Rys. Telefon SGH-P310 z ekranem OLED

Zastosowania_8


– Samsung pokazał prototyp najnowszego i największego w historii wyświetlacza organicznego OLED (Organic LightEmitting Diodes).

Rys. 21-calowy telewizor, w którym zastosowano ten wyświetlacz, ma rozdzielczość 6,22 mln pikseli (jakośćWUXGA), jasność 400/1 i wskaźnik kontrastu 5000:1.

Rys. 40-calowy telewizor

Zastosowania_9


– Samsung SDI i Philips LG.Philips rozpoczną produkcję telewizorów z nowymi płaskimi ekranami AM OLED, ale dopiero wtedy, gdy jeszcze bardziej spadną zyski ze sprzedaży LCD i PDP.

• AM OLED (active matrix organic light-emitting diode) jest nowoczesnątechnologią, która nie wymaga podświetlania panelu, jak ma to miejsce w wypadku ekranów LCD, co przyczynia się do zmniejszenia poboru mocy telewizora i ogranicza także koszt jego wytworzenia.

• Konsorcjum LG.Philips oświadczyło, że produkcja paneli w fabryce w Kumi ruszy w czwartym kwartale tego roku. Natomiast Samsung SDI zmierza wystartować z produkcją paneli początkowo niewielkich 2-2,6 cala już w październiku. Samsung zainwestował 480 mln$ w budowęfabryki wyświetlaczy OLED w Chonan.

• Obie firmy zgodnie twierdzą, że wyświetlacze OLED, ze względu na bardzo wysoką jakość reprodukowanego obrazu, wyprą z rynku panele LCD. Możliwa jest nawet bardzo szybka wymiana technologii, gdyżodnotowuje się nieco mniejszą sprzedaż LCD niż początkowo zakładano, w połączeniu ze stale zmniejszającą się marżą. W zeszłym tygodniu LG.Philips zakomunikował, że zamierza ograniczyć produkcję LCD i zweryfikować swoje tegoroczne plany odnośnie ich sprzedaży

– Rynek ekranów AM OLED ma zwiększyć się z 831 mln$ w tym roku do 2 mld$ w roku przyszłym i aż do 5,3 mld$ w roku 2009 (za DisplaySearch).

Zastosowania_10


• BenQ-Siemens • Kodak

Rys. Telefon posiada wysoko jaskrawy display OLED

Rys. Aparat EasyShare LS633 z zastosowanymdisplay-em OELD

Zastosowania_11


• OLLA – zintegrowany projekt badawczo-rozwojowy łączącyponad 20 czołowych europejskich firm i instytucji naukowych zajmujących się elektroniką organiczną, materiałami organicznymi i techniką oświetleniową OLLA

– Celem projektu jest opracowanie i zaprezentowanie do roku 2008 emitujących białe światło modułów OLED wysokiej jasności, przeznaczonych do ogólnych zastosowańoświetleniowych, odznaczających się długim okresem eksploatacji (rzędu 10.000 godzin ) i zużywających niewiele energii (wydajności świecenia 50 lumenów na wat ).

– „OLLA jednoczy liderów we wszystkich obszarach technologii OLED w Europie i umożliwia równoczesny postęp w dziedzinie nowych materiałów, nowych struktur oraz innowacyjnych technologii produkcji diod OLED.

Zastosowania_12


Zastosowania_13

Rys. Emitująca ciepłe białe światło dioda OLED na bazie małych cząsteczek, model badawczy o wymiarach 35 na 35 mm2.(Zdjęcie: firma Philips)

Rys. Panel oświetleniowy na bazie białego kopolimeru, powierzchnia aktywna 35 cm².(Zdjęcie: firma Siemens)


Instytuty Badawcze:- Narodowe Centrum Badań Naukowych (CNRS-IMN), Francja- Narodowy Komitet Badań (CNR-ISOF), Włochy- Instytut Mikrosystemów Fotonicznych im. Fraunhofera (IPMS), Niemcy- Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk, Polska- Międzyuczelniane Centrum Mikroelekroniki (IMEC), Belgia- Narodowy Instytut Fizyki Materiałów (NNL), Włochy- Centrum Badań Technicznych VTT, Finlandia

Partnerzy Przemysłowi:- Aixtron AG, Niemcy- Covion Organic Semiconductor GmbH, Niemcy- H.C. Starck GmbH, Niemcy- Novaled GmbH, Niemcy- Osram Opto Semiconductors GmbH, Niemcy- Philips Electronics Nederland BV, Holandia- Philips Lighting GmbH, Niemcy- Philips GmbH Forschungslaboratorien, Niemcy- Sensient Imaging Technologies GmbH, Niemcy - Siemens AG, Niemcy- Syntec-Sentient Imaging Technologies GmbH, Niemcy

Zastosowania_14


10.Porównanie LED-ów i OLED-ów

• Stosunkowo niewielkie ograniczenia rozmiarów organicznych elementów elektroluminescencyjnych. Dla elementów OLED nie występują takie ograniczenia, jak np.. Maksymalna powierzchnia elementu, jaką można obsłużyć przy zadanej częstotliwości odświeżania. Również minimalny rozmiar elementu jest znacznie mniejszy niż w przypadku konstrukcji opartych na LCD, a to dzięki temu, że element OLED świeci sam;

• Bezpostaciowy charakter związków elektroluminescencyjnych stanowi dodatkowe ułatwienie technologiczne dla producentów wyświetlaczy –nie wymagają one trudnych i długotrwałych procesów;


• Niektóre ze związków elektroluminescencyjnych mają dodatkowązaletę, mianowicie w stanie nieaktywnym mają dość dużąprzejrzystość, dochodzącą nawet do 70%. Umożliwia to budowę pikseli ekranu jako elementów trójwarstwowych.

• Możliwość względnie łatwego uzyskania związków o prawie dowolnej barwie świecenia w przypadku OLED-ów. Zależnie od tego, w jakim kolorze ma świecić materiał, jego własności elektryczne muszą być tak dobrane, by wymagana dla przewodnictwa materiału różnica poziomów odpowiadała energii kwantu fali o długości właściwej dla pożądanej barwy. Jeśli chodzi o diody LED, to osiągalnych barw jest bardzo niewiele.

• w ciągu najbliższych lat półprzewodnikowe źródła światła staną sięcoraz powszechniejsze, aby w końcu wyprzeć poczciwe żarówki. Musi upłynąć jeszcze wiele lat zanim cena światła generowanego przez diodęw przeliczeniu na lumeny będzie do przyjęcia przez rynek, a istniejące instalacje oświetleniowe zostaną dostosowane do nowych źródełświatła. Ocenia się, że nie nastąpi to przed rokiem 2010;

Porównanie LED-ów i OLED-ów_1


• Przyszłość technologii produkcji diod świecących leży w poprawie ich jasności;

• jednym z większych wyzwań technologicznych jest produkcja diod trójkolorowych o wysokiej jasności (RGB);

• technologia wyświetlaczy OLED wkracza wolno na rynek, ponieważproducenci nie są na razie zainteresowani wdrażaniem nowej technologii.

• Czynnikiem, który mógłby przyspieszyć wdrażanie OLED jest, paradoksalnie, ewentualny spadek popytu na ekrany LCD, jednak narazie nikt się go raczej nie spodziewa;

Porównanie LED-ów i OLED-ów_2


11.Przyszłość LED-ów i OLED-ów

A. Cele krótko terminowe (1-3 lat)B. Cele średnioterminowe (4-7 lat)C. Cele długoterminowe (8-10 lat)


Przyszłość LED-ów i OLED-ów_1

A. Cele krótko terminowe (1-3 lat):• Temat badań:

– Materiały ze wzrostem chemicznej i mechanicznej stabilności, czas życia, wyższa wydajność i jakość światłą OLED-ów;

– Badania nad materiałami do zastosowań LED-ów;– Materiały wymagające zaawansowanej technologii w nisko

kosztownych giętkich podłożach i dużych ekranach;– Technologia pakowania LED-ów;– Dostosowanie zarządzania światłem – fotonami; pojęcia i

składniki do wytwarzania i kontroli przestrzennej/czasowej światła

• Projekt urządzeń LED;• LED-owe źródła światłą do generalnego oświetlenia;• Modulatory fazy i amplitudy i urządzenia skanujące;• Display-e 2D i 3D;• Urządzenia architektury, systemy kontroli i przetwarzanie danych

wymagane do źródeł światła o dużych obszarach i display-ów;



• Techniczne cele:– Niebieskie fosforescencyjne emitery dla OLED-ów;– Wzrost wewnętrznej wydajności do 80%, alternatywne

podłoża z niską gęstością defektów (np. GaN, AlN, ZnO), białe konwertery z nieorganicznych LED-ów z CRI > 80%, wydajność zielonych i żółtych emitujących urządzeń, alternatywne materiały emitujące (np. kwantowe kropki, nano kompozyty), alternatywne konwertery (np. organiczne barwniki, kwantowe kropki, nano fosforowa masa świecąca (ang. phosphors)), wąskie pasmo częstotliwości fosforowej masy świecącej (ang. phosphors);

– Cienka powłoka hermetyzująca dla elastycznych display- ów i źródeł światła, nisko kosztowne elastyczne podłoża, udoskonalenie wyciągania światła z cienko powłokowych urządzeń;



– Podłoża z udoskonaloną własnością rozpływania się ciepła, nowatorską inżynierią technologiczną, (nano struktury, łączenie płytek półprzewodnikowych), zaawansowane zarządzanie cieplne;

– Urządzenia ze zwiększoną wydajnością światła (>80%), wysoko płynne urządzenia z dużą gęstością prądu, wysoko świecące urządzenia, urządzenia emitujące kierunkowo (urządzenia akustyczne), urządzenia o długim czasie życia, zaawansowana (mikro- i nano-) optyka, zaawansowane sterowanie ciepłem, inteligentne sterowanie kolorami, integracja logiki, sensorów i zaopatrzenia;



• Zastosowania:– Display-e pełno kolorowe, LED-y i OLED-y do generalnego

oświetlenia;– Oświetlenie samochodu (przednie i tylne światła);– Nowatorskie zastosowania świetlne i display-owe LED-ów i

OLED-ów;

• Powiązania społeczno-ekonomiczne:– Wzrost pozycji Europy na światowym rynku i wzmocnienie

przemysłu zaopatrzeniowego;– Konkurowanie z Azjatyckimi producentami urządzeń OLED

w długości produkcji i wydajności;– Technologiczna pozycja Europejskiego przemysłu

fotonicznego jest wzmacniana i kieruje na lepsze i międzynarodowe współzawodnictwo, małe i średnie przedsiębiorstwa mogą przyczyniać się do silniejszej pozycji;



B. Cele średnioterminowe (4-7 lat)• Temat badań:

– Duży obszar przetwarzania i nowatorskie techniki produkcji;

– Ludzkie czynniki naukowe do udoskonalenia wzajemnego oddziaływania z końcowym użytkownikiem, projekty nowatorskich display-ów i źródeł światła;

– Ultra wydajne źródła światła z środowiskowym łagodnym materiałem i czasie życia > 50.000 godzin, 150 lm/W;



• Techniczne cele:– Konieczny rozwój wyposażenia i procesu technologicznego,

diagnostyka i kontrola procesu „na żywo”, bardzo szybki/duży obszar produkcji, niski koszt techniki formowania;

– Wykonanie display-ów 3D, ludzie doceniający czynniki i komfort, wpływ biologiczny, bezpieczne i produktywne miejsce pracy oświetlenia i display-ów, inteligentny interfejs użytkownika display-ów i systemu oświetleniowego;

– Molekularne lampy, LED-owe i OLED-owe systemy świetlne;



• Zastosowania:– Duża skala OLED-ów dla oświetlenia i display-ów;– Źródła światła dla generalnego oświetlenia, nowatorskie

urządzenia disply-owe pełno kolorowe;– Lampy dla generalnego zastosowania w oświetleniu;

• Powiązania społeczno-ekonomiczne:– Konkurowanie z Azjatyckimi producentami urządzeń OLED

w długości produkcji i wydajności;– Dobre samopoczucie ludzi przez kreowania atmosfery, lub

przez wzajemne oddziaływanie światła i zdrowia, jakośćżycia przez dostęp do informacji przez inteligentny interfejs;

– Bezpieczeństwo energetyczne i stałość, mniejsze marnotrawstwo i zanieczyszczenie;



C. Cele długoterminowe (8-10 lat)• Temat badań:

– Otaczająca inteligencja, nowatorskie rezultaty display-ów;– Organiczna elektronika;

• Techniczne cele:– Nowatorskie oświetleniowe i display-owe pojęcia,

electrowetting, electrophoretic, electrochromic, integeracjaźródeł światła i disply-ów w inteligentnym środowisku;

– Ultra duże obszary przetwarzania, niezawodna organiczna elektronika;



• Zastosowania:– Elastyczne display-e, urządzenia display pełno kolorowe,

minimalizacja źródeł światła;– Elastyczne, duże organiczne arkusze z taką samą

oświtleniową jak i disply-owa funkcjonalnością jak elektroniczne;

• Powiązania społeczno-ekonomiczne:– Nowa jakość w ludzkiej komunikacji z technologicznym środowiskiem;

– Nowa jakość oświetlenia i wizualizacji informacji;


Koniec

Dziękuje za uwagę


Bibliografia• Photonics Spectra• Photonics 21• www.lighting.pl/• http://pl.wikipedia.org/wiki/Dioda_elektroluminescencyjna• http://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode• http://pl.wikipedia.org/wiki/OLED• http://en.wikipedia.org/wiki/Organic_light-emitting_diode• www.pckurier.pl/archiwum/art0.asp?ID=5967• www.nowetrendy.pl/index.php/news/id/1531• www-users.mat.uni.torun.pl/~weronika/przyszlosc.htm• www.nowetrendy.pl/• www.gelcore.com/index.php• www.indal.cz/index.php?action=&• www.mikralight.sk/• www.philips.oprawy.pl/oferta/nowe_produkty.asp?param=_2_3_0• www.olla-project.org

źródełświatła i ich trendów rozwojowych pod kątem ...zto.mchtr.pw.edu.pl/download/83.pdf ·...

Documents