Technologia oświetlenia SSL szansą dla europejskich firm

Mają one na celu uzyskanie wydajnych źródeł światła o dużej powierzchni oraz światłości. Także inne europejskie kraje podejmują działania w tym celu. Technologię tę traktuje się poważnie, o czym świadczą proponowane zmiany we wspólnocie obejmujące m.in. całkowity zakaz używania tradycyjnych lamp żarowych.

Korzyści z diod

Oświetlenie oparte na LED potrzebuje 8-10% energii, jaką zużywają tradycyjne żarówki oraz 40÷50% energii zużywanej przez energooszczędne oświetlenie fluorescencyjne. Eksperci są zdania, że możliwe jest uzyskanie LED o czasie działania dochodzącym do 15 lat, dającym przez ten czas stabilne spektrum barw. Według analizy The Strategy Analytics, rynek Solid State Light (SSL), czyli źródeł światła opartych na materiałach stałych, wzrośnie o 21% do roku 2011. Przewiduje się, że wzrost w skali rocznej całkowitej wartości rynku oświetlenia będzie się utrzymywał na stałym poziomie 4%, z czego w 2011 roku udział technologii SSL wyniesie 3%. Raport stwierdza, że procent ten nie wzrośnie aż do 2014 lub 2015 roku. Mimo tego, grupa Strategies Unlimited przewiduje, że zastosowania oświetleniowe będą najszybciej rozwijającym się sektorem branży LED. Szacowany wzrost to 37% w skali roku, co pozwoli osiągnąć wartość 1 mld dol. w 2011 roku. Na drodze do pełnej komercjalizacji staje przede wszystkim koszt elementów. Według analityków, aby oświetlenie LED weszło do powszechnego użycia należy zmniejszyć ceny tych systemów nawet dziesięciokrotnie. Jest to możliwe do osiągnięcia, jednak obecny spadek cen utrzymujący się na poziomie 30% w skali roku jest niewystarczający. Poza ceną, jest wiele innych czynników decydujących o wolnej adaptacji diod LED na rynku. Wśród nich należy wymienić m.in. niezgodność z dotychczas używanymi standardami czy kłopoty z uzyskaniem światła białego. Dodatkowo, elementy te odznaczają się niską wartością wskaźnika oddawania barw.

Rozwój

Program wspierany przez brytyjski rząd ma na celu rozwinięcie produkcji tanich diod LED. W centrum zainteresowania zespołu znajdują się emitery światła w technologii GaN budowane na podłożach o średnicy 6”. Projekt ten uzyskał wsparcie rządu o wartości 5,8 mln dol. Wśród zaangażowanych firm znajdują się Filtronic, Qinetiq, Thomas Swan Scientific oraz Forge Europa. Prace wspiera zespół z Cambridge University kierowany przez Colin Humphreys, światowy autorytet w dziedzinie materiałoznawstwa optoelektronicznego. Według przedstawicieli zainteresowanych firm, program ten ma nie tylko duże znaczenie dla rozwoju technologii SSL, ale stanowi szansę dla Wielkiej Brytanii na wejście na ten, potencjalnie bardzo dochodowy rynek. Stwarza on także możliwość dla firm biorących udział w projekcie na wkroczenie na nowe obszary działalności. Przykładem może być Filtronic, który dotychczas zajmował się głównie produkowaniem płytek GaAs dla telefonii komórkowej oraz systemów obronnych. Firma wiąże nadzieje z rozpoczęciem masowej produkcji ekranów LCD w Wielkiej Brytanii. Jednak, aby tego dokonać, należy uprzednio opracować wydajną ekonomiczne produkcję diod LED emitujących białe światło. Obecny koszt tych elementów stanowi znaczącą zaporę dla firm planujących tego typu działalność. Technologia GaN na węgliku krzemu (GaN-on-SiC) jest zbyt kosztowna, jednak uzyskanie płytek GaN na krzemie (GaN-on-silicon) o średnicy 6” może stanowić ważny punkt zwrotny dla branży. Umożliwi to produkcję diod LED o kosztach dużo niższych niż dotychczas stosowane rozwiązania.

Obiecujący rynek OLED

Poza standardowymi elementami LED, wiele nadziei wiąże się z opracowaniem wydajniejszych i tańszych organicznych diod luminescencyjnych OLED. W odróżnieniu od standardowych LED, które emitują światło o dużym natężeniu na niewielkiej powierzchni aktywnej, elementy OLED charakteryzują się dużą powierzchnią czynną oraz bardziej rozproszonym światłem. Zastosowanie tej technologii sprawi, że źródła światła przyszłości będą charakteryzowały się małą wagą oraz płaskim kształtem. Ich grubość może wynieść nawet niecałe pół milimetra.

Dodatkowo, umożliwi to stosowanie różnych kształtów oraz kolorów paneli świetlnych. Dotychczas, OLED były rozwijane z myślą o wyświetlaczach w telefonach komórkowych, komputerach czy telewizorach. Ich ważną zaletą w stosunku do technologii LCD jest brak konieczności zastosowania podświetlania, jako że OLED same emitują światło. Sprawia to, że ekrany mogą być jeszcze cieńsze niż obecnie i przekłada się na znaczne oszczędności energii. Ponadto materiały, z których wykonywane są te diody są przyjazne dla środowiska, ponieważ przy ich produkcji nie wykorzystuje się rtęci. Kraje europejskie dostrzegają szansę, jaką stwarza ten obiecujący rynek. Mimo, że to Azja jest światowym liderem w produkcji wyświetlaczy, to właśnie zaawansowane badania nad technologią OLED mogą pozwolić Europie na zwiększenie swojej obecności w tej branży. Według analizy Frost & Sullivan, europejski rynek OLED w 2006 roku osiągnął wartość 124,2 mln dol., natomiast przewidywana wartość w 2013 roku to 701,5 mln dol. Wykorzystanie OLED w wyświetlaczach znajduje się w centrum zainteresowania takich firm jak UDC, Toyota, Tohoku Device, OLED-T i Add-Vision.

OLED w celach oświetleniowych

Wielu analityków uważa, że technologia ta może w przyszłości powszechnie służyć także jako źródło oświetlenia. Przy obecnym stopniu zaawansowania prac badawczych, elementy te mogą wejść na rynek masowy za 10-15 lat. Dostrzegalny jest wzrost zainteresowania tym segmentem rynku. Niedawno firma Osram zdecydowała się zamknąć swój program dotyczący wyświetlaczy OLED, aby móc skupić większą uwagę nad możliwością wykorzystania tych elementów w celach oświetleniowych.

Europa może poszczycić się zaawansowanymi projektami rozwojowymi w zakresie tej technologii. Grupa The Organic LEDs for Light Applications (OLLA), skupiająca europejskie uniwersytety oraz partnerów przemysłowych oznajmiła, że opracowana przez nią prototypowa dioda OLED światła białego jest dwa razy bardziej wydajna niż tradycyjne żarówki. Ponadto dioda ta charakteryzuje się pięć razy większą trwałością. OLLA jest przykładem ścisłej współpracy europejskich środowisk akademickich oraz biznesu. W skład grupy wchodzą nie tylko uczelnie techniczne oraz instytuty badawcze, ale również czołowe firmy na rynku oświetlenia, takie jak Osram, Philips czy Siemens. Budżet, jakim dysponuje projekt, wynosi 26 mln dol. Prace obejmują szereg zagadnień związanych z technologią OLED, takich jak właściwości materiałów używanych w tego typu aplikacjach, elektryczne oraz optyczne właściwości tych elementów oraz metody ich wytwarzania. Dodatkowo, prowadzone są prace nad gotowymi aplikacjami OLED, aby rozwój technologii pozwolił na sprostanie wymaganiom klientów. Opracowany w Philips Research Labs panel światła białego OLED stworzony został na bazie luminoforów organicznych dostarczonych przez koncern Novaled. Uzyskane źródło światła OLED charakteryzuje luminancja 1000cd/m2 i skutecznością świetlną 25lm/W oraz czasem pracy przekraczającym 5000 godzin. Jednak według przedstawicieli OLLA, spodziewane rezultaty końcowe znacznie przewyższą dotychczas otrzymane wyniki. Celem projektu jest zademonstrowanie w 2008 roku źródła światła o trwałości eksploatacyjnej 10 tys. godzin oraz wydajności świetlnej 50lm/W. Obecnie OLLA jest jednym z największych programów tego typu. Porównywalne w skali przedsięwzięcia to Next-Generation- Lighting Initiative w Stanach Zjednoczonych oraz Lighting21 w Japonii.

Kolejnym europejskim programem wspieranym przez brytyjski rząd są prace mające na celu opracowanie wydajniejszych materiałów dla technologii OLED oraz aplikacji źródeł białego światła o dużej powierzchni. W przedsięwzięciu tym bierze udział Thorn Lighting, uniwersytet w Durham oraz pionier w dziedzinie OLED, firma CDT. Rząd sfinansuje połowę całkowitych kosztów programu, wynoszących 6,3 mln dol. Według zainteresowanych firm, polimery emitujące światło są szansą na uzyskanie tanich paneli OLED o dużej powierzchni. Uczestniczący w projekcie inżynierowie mają nadzieję na uzyskanie emiterów o natężeniu światła 1000cd/m2 o czasie działania dochodzącym do 20 tys. godzin.

SSL szansą dla Europy

Europejskie firmy coraz wyraźniej dostrzegają możliwości, jakie kryje technologia SSL. Według analityków rynek ten jest rozdrobniony. Większość produktów oraz działań rynkowych dokonywanych jest przez małe firmy, które mają całkiem dużą wiedzę w zakresie tej technologii. Powoduje to, że dostępne produkty są bardzo zróżnicowane zarówno pod względem jakości jak i ceny. Mimo to, coraz więcej dużych firm z branży oświetleniowej decyduje się na wkroczenie na rynek SSL. Firma Philips, będąca obecnie czołowym producentem żarówek, jest aktywnie zaangażowana w technologię SSL. Na początku 2007 roku kupiła kanadyjską TIR Systems, produkującą moduły SSL. Jest także właścicielem Lumileds. Niedawno zakupiła również za kwotę 690 mln dol. amerykańską firmę Color Kinetics. Zajmuje się ona projektowaniem systemów oświetlenia opartych na LED.

Rynek SSL staje się atrakcyjny także dla kapitału venture. Przykładowo Optogan Oy z Finlandii, firma założona w 2004 roku przez dwóch rosyjskich fizyków, zdołała uzbierać ok. 6,7 mln dol. na potrzeby projektu, który miał na celu wprowadzenie na rynek diod LED wykonanych w technologii GaN.

Fundusze na ten cel wyłożone zostały przez grupę skupioną wokół Via Venture Partners. Optogan ma laboratorium na Helsinskim Uniwersytecie Technicznym oraz pilotową linię produkcyjną w Dortmundzie. Wiele firm nadal skarży się jednak, że europejskie rządy nie przykładają uwagi do technologii SSL w takim stopniu, w jakim robią to instytucje w USA i w Azji. Jest to o tyle niepokojące, że analitycy w przyszłości przewidują wzrost wartości tego rynku do 135 mld dol. Jeśli europejskie firmy chcą być konkurencyjne, konieczne jest większe wsparcie ze strony państw.

Inicjatywą europejskich firm jest porozumienie producentów lamp w celu wprowadzenia bardziej energooszczędnych produktów na rynek. Firmy zrzeszone w European Lamp Company’s Federation (ELC), jak m.in. Gem Hovels Sylvania, Orem czy Philips, apelują do europejskich rządów oraz władz UE o wprowadzenie rozporządzeń nakazujących jak najmniejsze zużyciu energii we wszystkich systemach oświetlenia. Jeśli inicjatywa ta spotka się z uznaniem, może doprowadzić do wymiany mniej wydajnych lamp z rynku w całej Unii do 2015 roku. Według szacunków, może to doprowadzić do zmniejszenia emisji CO2 pochodzącego od oświetlenia elektrycznego o 60%. Ponadto, szacowane oszczędności w zużyciu energii elektrycznej równe 63000GW przekładają się na zmniejszenie wydatków europejskich konsumentów na ten cel o 9 mld dol. Propozycje te budzą jednak kontrowersje, jako że przewidują objęcie zakazem nie tylko tradycyjnych żarówek, ale także wszelkich systemów oświetlenia niewystarczająco wydajnych.

Z podobnym postulatem w USA wystąpiła The Lighting Efficiency Coalition, postulując potrzebę wprowadzenia w szerokim zakresie nowych, bardziej wydajnych źródeł światła do 2016 roku. Firmą przewodzącą stowarzyszeniu jest Philips Lighting. Według zapewnień, zmiana ta pozwoli amerykańskim konsumentom prywatnym oraz firmom zaoszczędzić rocznie 18 mld dol. Dodatkowo, umożliwiłoby to zmniejszenie emisji dwutlenku węgla z elektrowni o 158 mln ton.

Wyzwania dla branży

To, że technologia SSL wkroczy na rynek oświetlenia, wydaje się nieuniknione. Pozostaje tylko pytanie, kiedy to nastąpi. Zanim do tego dojdzie, producenci muszą zmierzyć się z wieloma wyzwaniami natury biznesowej i technicznej. Zmniejszanie ceny podzespołów, konieczność zaprezentowania kompletnych, łatwych w instalacji aplikacji, czy zwiększanie powszechnej wiedzy na temat tej technologii, to tylko część zadań, jakie stoją przed branżą. Problemem jest także brak odpowiednich norm dla diod OLED, szczególnie odnośnie pomiaru ich parametrów. Wyniki ich badań mogą różnić się nie tylko przy przeprowadzaniu pomiarów w różnych instytutach, ale także zmieniają się w zależności od przyjętej metody. Brak standardów jest kłopotliwy przy ustalaniu faktycznych postępów w rozwoju technologii SSL. Przy niespójnych wynikach trudno jest ocenić jak dużo jeszcze pracy trzeba włożyć w rozwój, aby osiągnąć zadowalające parametry energetyczne i dobrą wydajność świetlną. Innym zagadnieniem jest opracowanie odpowiednich układów sterujących pracą diod LED oraz OLED. Szczególnym problemem jest czas pracy tych systemów. Przy żywotności diod, która przekracza 10 tys. godzin, system sterowania powinien równie długo zachować bezawaryjną pracę. W obecnej chwili, istniejące układy nie spełniają tego wymogu.

Jacek Dębowski