Een prototype van Philips-Oled’s voor verlichting.

Oled is een lichtbron in een plat vlak, waar veel onderzoek naar wordt verricht en waarvan de eerste toepassingen op de markt verschijnen. Tijdens een minisymposium van ingenieursvereniging Kivi-Niria  in Woerden lieten geïnteresseerden in de ‘Verlichting van de Toekomst’ zich bijpraten over Oled, maar ook over traditionele lichtbronnen, waaraan fabrikanten inmiddels veel hebben verbeterd.

Het Holst Center, een open innovatiecentrum waarin tno en het Belgische Imec deelnemen, is een van de instellingen die Oled’s onderzoekt en ontwikkelt. Ton van Mol is programmamanager bij het Holst Center en begint eerlijk: ‘Vraag me niet om de prijs van Oled-verlichting uit te drukken in euro’s per lumen. We hebben nog een lange weg te gaan.’ Van Mol vervolgt met een uitleg over de techniek. ‘Net als led is Oled een halfgeleiderlichtbron, maar in tegenstelling tot de puntlichtbron led, is Oled een oppervlaktelichtbron. De opbouw bestaat meestal uit een glasplaat met daarop een of meer dunne laagjes organisch materiaal. De speciale eigenschap van het organische  materiaal  is dat het oplicht wanneer er een stroom doorheen loopt.’

Lichtbron printen

Er bestaan twee soorten Oled. De small molecules (kleine moleculen) Oled bevat kleine, speciaal ontwikkelde moleculen met iridium of andere metalen. Bij de productie ervan zijn hoge temperaturen en een vacuüm nodig. De small molecules-Oled bevat 5 – 20 lagen. De tweede soort Oled is de polymeer-Oled. Deze is gemakkelijker te maken en daarom verwachten deskundigen dat dit type eerder rendabel is. Polymeer-Oled’s bestaan uit lange polymeerketens die verschillende lichtkleuren kunnen produceren. De polymeren zijn oplosbaar en het grote voordeel ervan is dat het materiaal te printen zal zijn op een ondergrond.

In 1987 werd de eerste small molecules-Oled gemaakt en in 1990 de eerste polymeer-Oled. In eerste instantie bleef de efficiëntie beperkt tot maar 4 procent. Aan het eind van de jaren negentig werd daar met fosforescentie een oplossing voor gevonden. In theorie is nu 100 procent interne efficiëntie haalbaar: elk electron genereert dan een foton (lichtdeeltje). Aan het probleem dat slechts een vijfde deel van de lichtdeeltjes eruit komt en de rest terugkaatst op de verschillende laagjes, wordt nog gewerkt.
De materialen die voor anode en kathode worden gebruikt zijn barium en calcium. Vooral de kathodematerialen zijn zeer gevoelig voor de inwerking van zuurstof en water. Wanneer de kathode oxideert wordt op die plaats geen licht meer geproduceerd en ontstaat een donker vlekje. Om dat te voorkomen, moeten Oled’s goed worden afgesloten. Het meest gebruikte materiaal daarvoor is glas. Er wordt wel onderzoek gedaan naar folies die dicht genoeg zijn, maar deze zijn nog niet van voldoende kwaliteit.

De onderzoekers staan voor meer uitdagingen, vertelt Van Mol: ‘Voor grote apparaten zijn zeer homogene lagen nodig. Denk aan lagen van slechts 100 nm, waarvan de dikte hooguit 2 procent mag variëren. Een ander aspect is de stroomsterkte: bij een oppervlak van 60x60 cm komt de stroomsterkte al snel uit tussen  de 6 en 30 A. ito is een transparante geleider, maar bij deze toepassing wordt de spanningsval over de weerstand van 7,5 Ω te groot. We zijn daarom van plan om een zilverrooster, met banen van enkele micrometers dik, te gebruiken voor de stroomverdeling.’

Flexibel

De dikte van de laagjes in een Oled is minder dan een micrometer en flexibele Oled’s zijn goed mogelijk. Van Mol laat een lichtgevende, buigbare Oled zien en vertelt: ‘Oled-licht geeft een enorme ontwerpvrijheid. Je kunt het inbedden in producten, bijvoorbeeld als binnenverlichting in een tasje.’ Oled-displays zijn nu al op de markt; vooral de dure high-endelektronica, zoals een autoradiodisplay van Pioneer en verschillende merken smartphones. Er zijn zelfs al Oled-televisies te koop. Binnen twee tot drie jaar verwacht Van Mol flexibele signs op de markt.

De industrie ontwikkelt Oled’s nu voor een toepassing als lichtbron. Van Mol maakt duidelijk waarom: ‘Oled- licht is simpel, veilig en robuust. Het is niet kapot te krijgen. Het is een compleet andere manier van verlichten: op laagspanning en als product oprolbaar. Het belooft energie-efficiënt te zijn – er wordt gemikt op 120 lm/W – en het krijgt een lange levensduur.’ Van Mol voorziet dat Oled’s straks in de bouwmarkt op rol worden verkocht. Thuis kan de gebruiker het zelf in de gewenste vorm knippen.
Het Europese programma Oled100.eu is een onderzoeksprogramma van grote bedrijven die gezamenlijk ambitieuze doelen hebben gesteld: Oled-licht met een efficiëntie van 100 lm/W, een levensduur van meer dan 100.000 h en een oppervlak van 100x100 cm tegen kosten van maximaal 100 €/m2.