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LED organici ultra efficienti
Un diodo organico a emissione di luce (OLED) sviluppato in Germania ha il potenziale per produrre la stessa qualità di luce bianca delle lampadine a incandescenza, ma con un'efficienza energetica notevolmente migliore persino dell'illuminazione fluorescente.
Illuminazione bianca: Diodi organici a emissione di luce come questo potrebbero essere il futuro dell'illuminazione, grazie a efficienze molto elevate, che superano anche le luci fluorescenti.
Il prototipo OLED potrebbe emergere come una fonte di luce ultra efficiente per display e illuminazione generale, afferma Sebastian reinke , che ha guidato la ricerca presso l'Istituto di fotofisica applicata, a Dresda, in Germania. L'obiettivo a lungo termine è fabbricare il dispositivo utilizzando la stampa roll-to-roll convenzionale a basso costo.
Negli ultimi anni, molti paesi hanno iniziato a cercare di passare dall'illuminazione a incandescenza alle lampadine fluorescenti compatte perché queste ultime sono molto più efficienti dal punto di vista energetico. C'è stato anche molto interesse nell'uso di diodi a emissione di luce (LED) per display e illuminazione generale, sempre a causa del potenziale risparmio energetico che offrono.
Ma sia con l'illuminazione fluorescente che con quella a LED, la qualità della luce bianca prodotta ha sempre lasciato a desiderare. L'illuminazione fluorescente può far sembrare le persone malate perché viene emessa meno luce rossa, mentre la maggior parte dei LED bianchi oggi sul mercato ha una qualità bluastra, che li fa sembrare freddi.
Al contrario, gli OLED possono essere realizzati con un'ampia gamma di materiali, quindi ottenere una luce bianca di buona qualità è meno impegnativo, afferma Reineke. Non è stata la qualità della luce a deludere gli OLED, ma piuttosto la loro efficienza. L'illuminazione fluorescente funziona in genere a circa 60-70 lumen per watt, mentre le lampadine a incandescenza funzionano a circa 10-17 lumen per watt. Al contrario, afferma Reineke, la migliore efficienza energetica segnalata di un OLED fino ad ora era di 44 lumen per watt.
Nel numero di questa settimana della rivista Natura , Reineke e i suoi colleghi segnalano un nuovo design strutturale per un OLED che mostra un'efficienza di 90 lumen per watt e mostra il potenziale per arrivare fino a 124 lumen per watt.
Queste efficienze sono molto convincenti, afferma Peter Kazlas, direttore dello sviluppo dei dispositivi per QD Vision , un'azienda con sede a Cambridge, MA, che sta sviluppando un'illuminazione a LED basata su punti quantici.
Gli OLED hanno il potenziale per diventare una fonte di luce davvero molto efficiente dal punto di vista energetico, aggiunge Kristin Knappstein, responsabile dello sviluppo aziendale presso Philips Lighting, ad Aquisgrana, in Germania. La sua azienda ha già un prodotto di illuminazione OLED sul mercato chiamato Lumiblade . Nella produzione, raggiungiamo livelli compresi tra 15 e 20 lumen per watt, afferma, aggiungendo che il potenziale massimo è che la tecnologia raggiunga efficienze fino a 150 lumen per watt.
Reineke e i suoi colleghi sono stati in grado di ottenere risultati così buoni grazie a diverse modifiche di progettazione e perfezionamenti al loro dispositivo. Uno consiste nel ridurre la sua tensione operativa drogando il materiale organico che collega il materiale che emette luce ai suoi contatti metallici. L'efficienza del dispositivo è notevolmente ridotta se si trova vicino a un contatto metallico a causa di un fenomeno chiamato quenching, afferma Reineke.
Un altro trucco è stato quello di realizzare le superfici esterne del dispositivo con tipi di vetro che hanno proprietà ottiche che si avvicinano maggiormente a quelle del substrato del dispositivo. Altrimenti, gran parte della luce emessa viene riflessa e riassorbita o persa a causa del calore. Nelle strutture convenzionali, circa l'80% della luce viene persa, afferma Reineke.
L'aspetto più nuovo di questo nuovo OLED, tuttavia, è l'organizzazione di diversi materiali che emettono luce all'interno del dispositivo. Vengono utilizzati tre materiali, uno ciascuno per l'emissione di luce blu, verde e rossa, insieme a un materiale della matrice ospite in mezzo. Il trucco di Reineke è stato quello di scegliere un materiale della matrice con un alto stato di spin che corrispondesse a quello del blu e di inserire il materiale blu tra il verde e il rosso, come se fosse parte del materiale della matrice ospite che si separa.
La matrice e lo stato blu sono quasi identici, dice Reineke. Ciò significa che qualsiasi coppia elettrone-lacuna (eccitoni) in fuga dal materiale rosso o verde dovrà passare attraverso il blu, aumentando le possibilità che vengano convertiti in fotoni.
Fanno un buon lavoro nel personalizzare gli strati LED per ottenere buone efficienze quantistiche, afferma Kazlas. Mostra la promessa degli OLED, ma dal punto di vista del settore, gli OLED hanno ancora molta strada da fare.
In effetti, uno dei principali svantaggi degli OLED è la loro longevità. Sebbene aziende come Philips siano in grado di realizzare dispositivi con una durata di vita equivalente alle lampadine fluorescenti, superiore a 10.000 ore, i materiali che producono rendimenti più elevati tendono a non durare così a lungo. I nostri dispositivi hanno una durata di poche ore, afferma Reineke.