Türkiye
Medya

Işığın yeniden icadı

Light between fingers

Organik ışık yayan diyotlar (OLED’ler) ışıklı duvar kağıdının ve geceleri bir ışık kaynağına dönüşen pencere camlarının gerçeğe dönüştüğü bir dünya yaratıyor. Uzmanlar, önümüzdeki birkaç yıl içinde umut veren bu enerji tasarruflu teknolojinin aydınlatma sektöründe devrim yapabileceğini düşünüyor.

Üç metre yüksekliğindeki ağır ve karanlık asırlık kapının ardında aydınlatmanın geleceği geliştiriliyor. Prof. Dr. Karl Leo’nun ofisi burada, Almanya’daki Dresden Teknoloji Üniversitesi’nde bulunuyor. Leo, ekibi ile birlikte çok özel bir aydınlatma paneli geliştiriyor. 53 yaşındaki bilim adamı üniversitenin Uygulamalı Fotofizik Enstitüsü’nde çalışıyor. Aynı zamanda Dresden’deki Fraunhofer Organikler, Malzemeler ve Elektronik Cihazlar Araştırma Enstitüsü’nü (COMEDD) de yöneten Leo, uluslararası arenada organik ışık yayan diyotlar (OLED’ler) alanında bir öncü olarak tanınıyor. O ve ekibi OLED’leri, doğal ışığı mümkün olduğu kadar doğru biçimde taklit edecek şekilde hayata geçirmeyi amaçlıyor. Leo coşkuyla “OLED’ler yapay aydınlatmayı tamamen tekrar düşünebilmemizi sağlayan teknolojik bir sansasyon” diyor.

OLED’lerden beklentiler öyle yüksek ki, OLED’lerin mevcut tüm ışık kaynaklarından daha verimli hale gelmeleri ve bir gün enerji tedariğinin neredeyse %100’ünü ışığa çevirebilmeleri bekleniyor. Bu önemli idealler hem araştırmacılar hem de aydınlatma üreticileri üzerinde baskı oluşturuyor. Elektrikli ampuller, halojen lambalar ve enerji tasarruflu ampullerde enerjinin büyük bir kısmı ışık yerine ısıya dönüştürülüyor, örneğin 100 watt’lık bir ampulün yüzeyi yandığında 200oC’ye ulaşıyor. Dresden’de geliştirilen OLED’ler ise tam tersine, her zaman 30oC civarında kaldığı için her zaman vücut sıcaklığından daha soğuk ve sonuçta daha güvenli oluyor.

Ticari OLED’lerin aydınlatma verimliliği şu anda watt başına 45 ila 60 lumen arasında değişiyor. Laboratuvarda watt başına 90 lumeni aşkın sonuçlara şimdiden ulaşıldı. Eğer bir karşılaştırma yaparsak; standart bir flüoresan tüpünün verimliliği watt başına 45 ila 75 lumendir. OLED’lerin 10.000 saatlik ömürleri de bu aşamada bile umut veriyor. Leo ve ekibi bu değerleri daha da iyi hale getirmek için çalışıyor. Büyük aydınlatma üreticilerinin OLED’leri geniş çapta üretime dahil edebilmesi için on bin saatin birkaç katı ömre ulaşmaları ve mevcut flüoresan tüplerinin yaklaşık iki katı verimliliğe sahip olmaları gerekiyor.

Verimliliği Arttırmak

Aydınlatma verimliliği her bir elektrik watt’ı başına üretilen ışığı gösterir ve watt başına lumen birimi ile ölçülür (lm/W).

Diagram of increasing efficacy of OLEDs
Kaynak: ABD Enerji Departmanı: Genel Aydınlatma Uygulamalarında Katı Haldeki Aydınlatmaların Enerji Tasarrufu Potansiyeli 2010 – 2030, Elektrizitätswerke des Kantons Zurich (EKZ).

İyiliğin ışığı

OLED’lerin geleceğin ışık kaynağı olmasının tek sebebi verimlilikleri değil. Philips Aydınlatma’nın baş tasarımcısı Rogier van der Heide “OLED ışıkları diğer tüm ışık kaynaklarından daha yumuşak, güzel ve kusurları kapatıcı. Onlara “iyiliğin ışığı” dememin sebebi de bu” diyor. ‘İyi hissettirme’ faktörlerinin sırrı ışığı yayma biçimi ile ilgili. Geçmişteki ve şimdiki tüm yapay ışık kaynaklarının aksine, OLED’ler yassı ışık kaynaklarıdır ve ışığı tek bir noktadan yaymazlar. Leo “OLED’lerle renk ısısını düzenlemek ve ışığı günün saatine göre ayarlamak mümkün” diye açıklıyor. Yani sabah ve akşam saatleri için sıcak beyaz ışık, gün içinde ise soğuk beyaz ışık elde etmek mümkün. Leo “Bu, aydınlatmada daha önce pek görülmemiş bir şey” diyor. OLED’lerin başka bir özelliği de aydınlatma tasarımcılarına ilham veriyor. İncecik organik malzemelerden yapıldıkları için yakın bir gelecekte, duvar kağıtlarının, tavanların ya da pencerelerin üzerine ikinci bir yüzey gibi yerleştirilmeleri mümkün olabilir. Bu bir tavanda yaz mevsimindeki gökyüzünün tam bir yansımasını oluşturmayı veya bir duvarın sanal bir bahar çayırı haline gelmesini mümkün kılabilir.
OLED’ler kapalı olduklarında beyaz, yansıtıcı veya şeffaftır, bu nedenle gün ışığını içeri alan, karanlıkta ise yassı lambalar haline gelen pencereler yaratmak için kullanılabilirler. Gelecekteki bugün bildiğimiz anlamdaki lambalar tamamen ortadan kalkmış olabilir.


Karbon molekülleri ışık üretiyor

OLED’ler, LED’ler ile aynı prensiple çalışırlar. Her iki türde de ışık yarıiletkenler kullanılarak üretilir. Bunlar bazı şartlar altında elektriği ileten katılardır. Elektrik yarıiletkenlerden geçtiğinde, bu yarıiletkenler ışımaya başlarlar. LED’ler ile OLED’ler arasındaki fark olan “o” harfi “organik” sözcüğünü simgeliyor. LED’ler örneğin galyum nitrür bazlı minik inorganik kristalleri kullanırken, OLED’ler normalde buhar biriktirme yoluyla bir baz malzemeyi kaplamakta kullanılan pigmentlere benzer organik bileşenlerden yapılıyor.

OLED’lerin yapısı sandviçlere benzer. Organik katmanlar insan saçından yaklaşık 100 kez daha ince olan ve çıplak gözle görülemeyen iki yassı elektrotun arasına yerleştirilmiştir. Organik katmanlardaki moleküller içlerinden elektrik akımı geçtiğinde parlamaya başlarlar. Kırmızı, yeşil ve mavi maddeler bir araya getirilirse beyaz ışık üretilir. Leo “Şimdiye kadar baz olarak yalnızca cam kullanmıştık, ama orta vadede esnek malzemeler kullanılacak gibi görünüyor” diyor. Organik yarıiletkenlerin buhar ve havaya karşı iyi korunması ve düzgün bir biçimde kapsüllenmesi gerekiyor. Bunu yumuşak malzemeler ile başarmak hala biraz zor.

Diagram how OLEDs work

Ateşböcekleri – doğanın OLED’leri

OLED’lerin başlangıcı Çin kökenli Amerikalı kimyager Profesör Dr. Ching W. Tang’in Kodak’ın ABD’deki araştırma departmanındaki güneş pilleri üzerinde çalışırken organik maddede parlayan mavi bir fenomen keşfettiği 1979 yılına dayanıyor. Sekiz yıl sonra Tang ve meslektaşı Steven Van Slyke organik katmanlardan yapılan ilk ışık yayan diyotları sundular. Bu prensip hayvanlar aleminde çok daha eskilere uzanıyor: Ateşböcekleri doğanın OLED’leri gibiler. Vücutlarında lusiferin adı verilen bir enzim sayesinde oksijen ile reaksiyona giren doğal bir madde bulunuyor. Üretilen enerji neredeyse tamamen ışık olarak yayılır; fakat ateşböceklerindeki ışıklı moleküller çözülürken OLED’lerde eski durumlarına geri dönerler.

BASF gibi şirketler moleküllerin şu ana kadar olandan daha uzun süre ve daha verimli bir biçimde ışık üretmesi için çalışıyorlar. BASF bu organik maddelerin sunduğu en büyük zorluk olan mavi ışıklı maddelerin geliştirilmesi konusunda lider konumda. Dr. Karl Hahn’ın dediği gibi, “mavi ışığın yeşil ve kırmızıya oranla enerjisi çok daha fazla. Bu da moleküllerin çözülerek etkisini kaybedebileceği anlamına geliyor.” Hahn BASF’da organik elektronik alanında araştırma yapmakla görevli. BASF’nin araştırmacıları, ilk atılımı birkaç yıl önce verimliliği yüksek moleküller ile gerçekleştirdiler. Şimdi de ömürlerini uzatmak ve diyotlar adı verilen sağlam aydınlatma sistemlerini geliştirmek üzerinde çalışıyorlar.

View from the bottom to BLACKBODY diodes
Fransız şirket BLACKBODY’nin organik ışık yayan diyotları (OLED’ler) aynı anda hem şık hem de enerji tasarrufu sağlıyor (Foto: Chandeliers "I.RAIN").

Aydınlatma endüstrisinin tanınmış üreticileri şimdiden yeni teknolojileri kullanmaya başladılar. Öncülük eden iki şirket Osram ve Philips oldu. Yaklaşık beş yıl önce Siemens’in bir iştiraki olan Osram piyasaya ‘Erken Gelecek’ olarak bilinen ilk OLED ışık heykelini sundu. Osram o zamandan bu yana bu işi geliştirdi ve müşterileri için OLED ve LED aydınlatmaları birlikte kullanarak konferans odaları tasarladı. Şirket 2011 yılında Regensburg’daki ilk OLED pilot üretim hattını açarak bu tür uygulamaların yakın gelecekte daha büyük ölçekte üretilmesini sağladı. Osram burada bu hassas ışık panellerinin endüstriyel ölçekte nasıl işlenebileceğini araştırıyor.

Hollandalı Philips şirketi 2010 yılında dünyanın en büyük OLED ışık montajı olarak sunduğu ilk OLED aydınlatma modülüne Lumiblade ismini verdi. Bu duvar 1.000’in üzerinde küçük panelden oluşuyor. Bir kamera önünde yapılan her hareketi kaydediyor ve panelleri ayrı ayrı aydınlatan elektrik dalgalarına dönüştürüyor. Doğal olarak ‘iyi hissettiren’ ışık gelecekte hastanelerde ve doktorların ameliyatlarında da kullanılabilecek. UV ışınları ve güçlü ısı salınımı olmayan yumuşak bir ışık kaynağı ile ilgilenen müzelerden de talepler geliyor. Japonya şimdiden bir adım önde; burada OLED’lerle donatılan ilk sergi salonları yapıldı bile.

5-10

Bir OLED, ampule göre kaç kat daha uzun süre kullanılabiliyor?


40,000

Bir LED kaç saat kullanılabiliyor?

10,000

Bir OLED şu anda kaç saat kullanılıyor?

Seri üretimin başlangıcı

Yeni teknoloji özellikle Asyalı üreticilere ilham veriyor. Panasonic organik aydınlatma bölümünün Araştırma Müdürü Dr. Takuya Komoda’ya göre Japonya’da Fukushima nükleer felaketinin ve çoğu nükleer enerji santralinin geçici olarak kapatılmasının ardından neredeyse herkes mümkün olan her yerde enerji tasarrufu yapmaya çalışıyor. Aydınlatma, Japonya’nın toplam enerji tüketiminin %16’sını oluşturuyor. Komoda “Aydınlatmada enerji tüketimini azaltmak için acilen yeni nesil aydınlatma cihazlarının sunulması gerekli. OLED’ler hem yüksek enerji tasarrufu hem de mükemmel aydınlatma ortamı sunabildikleri için gelecekte çok önemli bir ışık kaynağı olacaklar” diyor. Enerji tasarruflu ampuller şimdilik daha verimli olsa da bu durum değişecek. “OLED’lerin enerji verimliliğini 2018 yılına kadar watt başına 100 lumene çıkarmayı planlıyoruz.”

2011 yılında OLED’ler konusunda uzman olan Lumiotech adlı Japon şirket pahalı olmayan askılı ışık panelleri ve OLED masa lambalarını sırası ile 410 ve 650 dolardan satışa sunarak pazara yeni bir hareket getirdi. Buna ek olarak, Konica Minolta da Symfos ışık panelleri ile geleceğin aydınlatma devriminde yerini alıyor. Şirket, OLED’ler için bir tür baskı kafası ile de manşetlere konu oldu. Türünün ilk örneği olan bu cihaz mürekkep yerine elektronik fonksiyonel malzemeler kullanıyor, bu şekilde de organik ışıkları ‘basabiliyor’.

Hükümetler OLED’leri sahipleniyor

Politikaya yön verenler de bu verimli enerjili mucize ışıkların potansiyelini gördüler ve yıllardır geliştirilmelerini destekliyorlar. ABD’de Enerji Departmanı 2003 yılından bu yana LED’ler ve OLED’ler gibi verimli ışık kaynaklarının araştırılmasını, geliştirilmesini ve üretimini “Katı Durumda Aydınlatma Programı” ile destekliyor. Hükümet, aydınlatma amaçlı elektrik tüketimini azaltmayı amaçlıyor.

Avrupa Birliği (AB) 2020 yılına kadar sera gazı emisyonlarında %20 oranında azalma sağlamayı amaçlıyor. AB, bu hedefe ulaşabilmek için geleceğin enerji tasarruflu ve çevre dostu teknolojisi olan OLED’ler de dahil olmak üzere enerji sektöründe araştırmaları destekliyor.

Bilim çevreleri ile sektörün, en verimli OLED’leri geliştirmek üzere birlikte çalıştığı Avrupa’daki araştırma projelerine milyonlarca Avro akıyor. Almanya’da Federal Hükümet, araştırma ve geliştirmeyi OLED 2015 programı ile destekliyor. İş ortakları ile birlikte 2006 yılından bu yana 1 milyar dolardan fazla yatırım yaptı. Bu teşvik odağın aydınlatma piyasası için maliyet açısından verimli OLED bileşenleri geliştirmekte olduğu 2012 baharında başlayan ve ortakları arasında BASF ve Philips gibi şirketler bulunan Kobalt Projesi gibi takip girişimlerini de içeriyor.

Ekranlarda OLED’ler

OLED’ler ekran sektöründe şimdiden yayılmış durumda. Örneğin, Koreli Samsung şirketi son model cep telefonu ve tabletlerinde şimdiden toplu üretilen yassı ışık panellerini kullanıyor. Bu, OLED’lerin gerçek kapasitesini göstermesi için bir şans. Kendileri ışık yayıyor ve arka plan ışıklandırma gerektirmiyorlar, bu da elektrik tasarrufu sağlıyor. Yüksek kontrastlığı olan resimler çabucak yükleniyor. Tasarım da aynı ölçüde büyüleyici: Samsung ve Koreli elektronik grubu LG tarafından sunulan ilk 55 inç OLED TV’ler sadece birkaç milimetre kalınlığında. OLED’ler hakkında bilgi edinmek için internette dolaşırken geleceğe göz atmak mümkün: Resimlerde esnek ekranlı prototipler görünüyor; örnekler peçete gibi katlanabilen e-kitapları ve rulo yapılabilen cep telefonlarını içeriyor.

Finger tipping a smartphone to open message
Organik ışık yayan diyotlardan (OLED’ler) yapılan bu ekran keskin görüntüsünün yanı sıra yassı tasarımı ile de büyülüyor.

Dresden’den Prof. Dr. Leo “Küçük OLED ekranların yıllık satış rakamları şimdiden 4 milyar dolara yaklaşıyor” diyor. Bu rakam birkaç yıl içinde çift haneli sayılara çıkacak. Maliyetlerin düşüşü ve verimliliğin de artması sonucunda uzmanlar OLED devriminin önünde durabilecek bir şey olmadığına inanıyorlar.

BASF Yeni İş Alanları bölümünden Dr. Felix Christian Görth “LED’ler 40 yılı aşkın süre araştırıldı, bu nedenle de bugün çok üstün durumdalar. Fakat OLED’lerin LED’ler ile karşılaştırılabilecek bir enerji verimliliğine ulaşmaları halinde her iki çözüm de tam olarak birbirini tamamlayan alternatifleri temsil ettikleri için aydınlatma piyasasından kendi payını alacak” diyor.

 

Organik ışık panelleri bu nedenle gelecekte bile pazarın tamamını tekeline alamayacak. Arabaların farları gibi bazı uygulamalar için nokta ışık kaynaklarına hala ihtiyaç var. Bu nedenle LED’ler nokta ışık kaynaklarının, OLED’ler ise yassı lambaların geleceği olabilir. Görth’e göre OLED teknolojisinin ticari başarıya ulaşıp ulaşmayacağı artık bir soru değil. BASF uzmanı “OLED’ler 2011 yılından beri her şeyin ötesinde cep telefonu ekranlarında önemli rol oynuyorlar. Halen tartışmaya açık olan tek şey pazarın nihai olarak ne kadar büyük olacağı.” diyor.

Prof.Dr. Leo’nun Dresden’deki ofisine bakıldığında OLED’ler için büyük atılımın henüz gelmediği anlaşılıyor. Halen masasında geleneksel bir okuma lambası var, oda da tavandaki geleneksel flüoresan lambalarla aydınlatılıyor, ama şu konuda ikna olmuş durumda: “OLED’lerin benimki gibi birçok ofiste kullanımının sıradan hale gelmesi çok uzun bir zaman almayabilir.”

Laboratory with two persons dressed in blue

BASF araştırmacılarından “mavi” çözüm

Light installation view from the bottom

Aydınlatmayı yeni bir boyuta taşımak

Soccket ball lamps

Oynayarak Üretilen Enerji

Light construction with a bottle

Litrelerce ışık