Rychlý průnik organických diod LED na světový trh

Je to teprve šest let, co diody OLED (Organic Light Emitting Diode) opustily výzkumné laboratoře a razantně vykročily na světový trh, a obrat z jejich prodeje v minulém roce v celosvětovém měřítku již dosáhl přibližně 460 milionů USD. To je ale teprve začátek, protože mnohé možné aplikace je teprve třeba vyvinout. Paleta jejich využití sahá od velmi plochých televizorů, vyráběných v milionových sériích, nebo svítidel pro osvětlení vnitřních prostorů, která se nalepují jako tapety, po maličkosti, jako jsou třeba svíticí vizitky nebo slunečníky večer osvětlující zahradní stůl. Americká firma iSupply, jedna z předních marketingových společností v tomto odvětví, předpokládá, že v roce 2010 světový trh s diodami OLED dosáhne objemu 2,4 mld. USD.

Trocha historie

Podnět k rozvoji OLED dali vědečtí pracovníci firmy Kodak, kterým se v roce 1987 podařilo rozsvítit první účinné organické diody [1]. Mohli tak odborné veřejnosti ukázat, že určité organické substance, nanesené ve velmi tenké vrstvě na substrát, vysílají po připojení elektrického napětí světlo. Postupně bylo vyrobeno světlo různých barev (obr. 1) – červené, modré, zelené nebo jejich vhodným smísením bílé. OLED jsou velmi vhodné pro displeje nebo televizory, poněvadž samy svítí a nemusí být podsvíceny jako běžné přístroje na bázi LCD. Mimoto zaručují brilantní a kontrastní zobrazení, krátkou dobu odezvy a možný úhel pozorování téměř 180°. Dnes jsou jimi již vybavovány některé mobilní telefony, digitální kamery a autorádia.

Obr. 1. Organické diody OLED (zdroj: Fraunhofer IPMS)

OLED ale také mohou zajišťovat zcela nové a velmi příjemné plošné difuzní osvětlení prostoru. Cílem odborníků je vyrábět světelné panely s plochou až několika čtverečních metrů a tloušťkou do jednoho milimetru, se kterými se bude pracovat jako s tapetou. Vytapetovat celý strop nebo jeho velké části svítivou tapetou nebude žádný problém. Kdo bude chtít, bude si moci osvětlení ztlumit, jako kdyby se nebe zatáhlo mraky, popř. bude mít možnost měnit barevný odstín světla podle denní doby, např. ráno namodralý třpyt a večer načervenalé světlo.

Společný evropský výzkumný projekt

Objem světového trhu s osvětlovací technikou v roce 2004 přesáhl 120 mld. USD, trvale rychle roste a slibuje lukrativní obchody i pro nové podnikatelské subjekty. Zatímco ve výrobě displejů udávají směr již delší dobu země Dálného východu, v sektoru osvětlovací techniky mají vedoucí postavení ve světě evropské firmy. Aby si svůj náskok uchovaly, zapojilo se 24 výrobních podniků, výzkumných ústavů a univerzit z celé Evropy, mezi nimi renomované firmy jako Siemens, Philips a Osram, do společného výzkumného projektu s názvem OLLA (high brightness Organic Light emitting diodes for ICT & Lighting Applications). V jeho rámci chtějí do roku 2008 vyvinout nové progresivní svítidlo na bázi OLED, které spotřebuje méně elektrické energie a jeho provozní doba bude nejméně 10 000 hodin.

K tomu je však ještě třeba překonat některé technické překážky. Především je výroba OLED dosud příliš drahá na to, aby OLED mohly na trhu konkurovat žárovce nebo zářivce. Avšak vhodná výrobní technologie, umoňující výrazně snížit výrobní náklady, se již pro fotonické mikrosystémy IPMS (Institut für Photonische Mikrosysteme) v Drážďanech ve Fraunhoferově ústavu rýsuje. V jeho laboratořích pracuje unikátní spojité (in-line) vertikální napařovací zařízení, které má za úkol napařovat organické vrstvy diod OLED (více vrstev nad sebou zvyšuje účinnost vyzařovaného světla) na podklad (substrát) ze skla nebo plastu. V dosud běžných výrobních zařízeních vystupuje pára z malého tyglíku, ve kterém se napařovaný materiál ohřívá na teplotu 300 až 400 °C. Aby se homogenně usadil v požadované tloušťce asi 200 nm, musí být substrát nad ním zavěšen v relativně velké vzdálenosti. To vyžaduje místo, a tudíž by při velkých rozměrech substrátu bylo výrobní zařízení příliš mohutné. Navíc se větší část organické substance neusadí na substrátu, nýbrž zmizí někde ve stroji – což při dnešních cenách mezi 500 a 1 000 eury za gram organické substance je hodně drahá ztráta. Drážďanským technologům se podařilo výtěžnost materiálu desetkrát zvýšit. Při jejich způsobu výroby je substrát umístěn vertikálně a pohybuje se rovnoměrně podél napařovacího zdroje. Rozměry největších demonstračních vzorků takto zhotovených zatím byly 9 × 9 cm, při pozdější hromadné výrobě však bude možné touto technikou vyrábět panely o rozměrech a 2 × 2 m.

Účinnost vyzařování světla organických svítivých diod je zatím ještě příliš malá. Aby tyto diody mohly dosáhnout významného postavení na trhu, je nutné podle strategie projektu OLLA zvýšit jejich měrný výkon na hodnotu nejméně 50 lm/W. Pro porovnání, měrný výkon dnešních zářivek je 70 až 80 lm/W. Nejvyšší měrný výkon OLED s bílým světlem je zatím 25 lm/W (výrobek firmy Novaled GmbH, společného podniku Fraunhoferova ústavu IPMS a Technické univerzity v Drážďanech). Ke zlepšení tohoto stavu je třeba emitované světlo alespoň z poloviny vyvést ven. Dosud totiž jeho větší část zůstává zachycena v ochranné skleněné vrstvě, jejímž úkolem je zabránit příliš rychlému stárnutí velmi tenké vrstvy z organické substance, a proto technici intenzivně pracují na nové technologii zapouzdření napařené vrstvy. Také poadované provozní doby 10 000 h je při velké intenzitě osvětlení prozatím dosaženo jenom z poloviny. Zato z hlediska spotřeby energie jsou na tom dnešní OLED již celkem dobře. Zatím sice nemohou konkurovat zářivkám, spotřebují však pouze asi třetinu energie než srovnatelná žárovka.

První produkty na trhu za několik let

Odborníci očekávají, že první komerční výrobky přijdou na trh během tří až čtyř let. Nejdříve to pravděpodobně budou výrobky, u kterých bude důležitější netradiční design nebo malá hmotnost než cena – např. svítivé informační tabule, reklamní panely, zadní osvětlení displejů LCD aj. Při rostoucí produkci budou výrobní náklady rychle klesat a atraktivní svítidla s moderním designem, cenově dostupná pro každého, se brzy objeví i ve výlohách obchodů a obchodních domů. Vývoj ale nebude ještě dlouho ukončen.

Kab.

[1] JACOB, K.: Himmlische Aussichten. (Nebeské vyhlídky.) Fraunhofer Magazin, 2005, č. 4, s. 18–19.