Første Mosebog 1:3 - Og Gud sagde «lad der blive lys«, og der blev lys.
Nu går danske forskere den høje herre i bedene og genopfinder lys på en helt ny måde.
Forskere fra Danmarks Tekniske Universitet (DTU) har sammen med svenske kollegaer udviklet en ny og simpel metode til at lave lysende flader af LEC (Light emitting Electrochemical Cells).
De er fleksible, billige og kan produceres i meget store størrelser.
Det kan revolutionere fremtiden og give lys på steder, vi hidtil kun har turdet drømme om.
»Det nye i vores opfindelse er, at vi kan lave lysgivende enheder ved hjælp af ’rulle til rulle-teknik’ – altså på samme måde, som man trykker eksempelvis en avis. Det gør produktionen af store lysafgivende flader billigere, end det nogensinde kan opnås med eksempelvis OLED (afløseren for LED, red.), som man bruger i nogle typer fjernsynskærme,« fortæller ph.d.-studerende ved DTU Energy Conversion Henrik Friis Dam, der sammen med kollegaer fra Sverige står bag den nye opfindelse.
Opfindelsen er netop offentliggjort i det meget velansete videnskabelige tidsskrift Nature Communications.
LEC kan give lysende tøj
På grund af den lave produktionsomkostning og potentielle ubegrænsede størrelse, kan overflader med LEC anvendes til at nytænke brugen af lys.
Forskerne bag den nye opfindelse forudser, at LEC blandt andet kan bruges til at lave lysende tapeter og trafikskilte.
Desuden rækker fantasien også til at forestille sig, at LEC kan blive brugt til at lave lysende tøj eller oplyse indersiden af pakker, så man selv i mørke kan åbne dem og se indholdet.
»Med LEC kan vi lave helt nye former for både indendørs og udendørs belysning. Samtidig er det billigt og miljøvenligt at producere,« siger Henrik Friis Dam.
LEC overhaler OLED inden om
Der har i mange år været forhåbninger om, at OLED (Organic Light Emitting Diode) kunne opskalleres fra fjernsynsstørrelse til noget meget større. Trods mange forskeres ihærdige forsøg er det dog ikke lykkedes endnu.
Problemet med OLED er, at de er omkostningstunge og besværlige at lave. Materialerne, der bruges til at lave OLED, er følsomme over for blandt andet luft og vand, og OLED skal derfor laves i vakuum i en eller flere dyre og tidskrævende etaper. Desuden er OLED afhængige af en ekstrem kontrolleret og ensartet tykkelse for at fungere.
På den baggrund er det oplagt at erstatte OLED med noget nyt og mindre følsomt.
LEC kan erstatte OLED
LEC er i modsætning til OLED ikke nær så følsom over for hverken tykkelse, ilt eller vand.
Derfor kan LEC produceres relativt simpelt og billigt med samme teknik, som man bruger til at trykke en avis med – den såkaldte ’rulle til rulle'-teknik’.
»Ved rulle til rulle-teknikken løber en væske (LEC) ud af en sprække og ned på det materiale, man ønsker at printe det på. Det kan eksempelvis være et gennemsigtigt stykke plastik. LEC-skærme er ikke afhængig af tykkelsen på samme måde, som OLED er. Derfor kræver det også meget mindre præcision i fremstillingen,« fortæller Henrik Friis Dam.
Succes i forsøg, men lang vej endnu
Henrik Friis Dam og hans kollegaer har allerede lavet forsøg med den nye opfindelse. Her lykkedes det dem at lave lysende plastik.
Men med en pixelstørrelse på to gange to millimeter og enhedsstørrelse på én gange fire centimeter, er der lang vej endnu, før ’lystapetet’ bliver en realitet.
»Jeg indrømmer, at vi endnu ikke er banebrydende i effektivitet. Mine svenske kollegaer arbejder videre med at forbedre opløsningen, størrelsen og effektiviteten, men vi har vist, at det kan lade sig gøre.«
»LEC kommer til at erstatte OLED i fremtidens applikationer, hvor størrelse og pris er vigtige parametre - måske allerede om fem til ti år,« mener Henrik Friis Dam.
\ Sådan fungerer LEC
Princippet i LEC minder meget om princippet i OLED. Der er dog væsentlige forskelle, som giver LEC nogle fordele.
I OLED har man en sandwich af materialer, hvor det primære materiale er et aktivt lag, bestående af polymerer eller små organiske molekyler, der udsender lys, når man tilfører elektroner. Dette kræver dog, at man bruger elektroder, der matcher energiniveauerne for det aktive materiale.
Derfor har man en lav-arbejdsfunktion-elektrode på den ene side af laget og på modsatte side en høj- arbejdsfunktion-elektrode. Ulemperne ved denne konstruktion er, at man for det første skal bruge forskellige materialer, for det andet skal den ene elektrode være gennemsigtig, og for det tredje er lav-arbejdsfunktion-metaller kraftigt reaktive. Derfor er man nødsaget til at beskytte dem mod luft.
I en LEC har man et aktivt lag af samme type som i OLED, men med tilføjelse af en elektrolyt. Denne kombination af aktivt materiale og elektrolyt gør, at man kan dope sit aktive materiale til at have en høj-energiniveau side og en lav-energiniveau-side, hvor elektronerne kan ”løbe” ind i det aktive materiale og udsende lys ved passage fra det ene til det andet energiniveau.
Elektroderne behøver derfor ikke længere at være lav-arbejdsfunktion-metaller, men man kan nu vælge materialer, der er mindre oxiderbare og derved mere stabile.
Den anden store fordel, som fås ved tilføjelse af elektrolyt materiale, er, at afhængigheden af det aktive lags tykkelse og især uniformiteten af tykkelsen kan slækkes, uden at der derved opstår variation i lysintensiteten.
Sidst, men ikke mindst, er det netop dette forhold, der gør LEC velegnet til fremstilling ved hjælp af at trykketeknikker i modsætning til de almindeligt anvendte vakuumteknikker.
DTU Energy Conversion er verdens førende inden for trykning af funktionelle organiske materialer.
