Işığın yeniden keşfi

Üç metre yüksekliğindeki, kapkaranlık ve ağır, yüzlerce yıllık kapıdan içeriye hiçbir şekilde ışık girmiyor. Ancak bu kapının arkasında ışığın geleceği yaratılıyor. Burası aslında Profesör Dr. Karl Leo’nun Almanya Dresden Teknoloji Üniversitesi’nde kendisine tahsis edilmiş çalışma odası. Ekibiyle birlikte şu sıralar çok özel bir aydınlatma paneli geliştirmekle meşgul. 52 yaşındaki profesör, söz konusu üniversitenin Uygulamalı Fotofizik Enstitüsü’nde çalışıyor. Ayrıca Dresden’deki Fraunhofer Organikler, Malzemeler ve Elektronik Cihazlar Araştırma Enstitüsü’nü (COMEDD) de yönetiyor ve ışık yayan organik diyotlar (OLED’ler) alanında uluslararası bir üne sahip. O ve ekibi, doğal ışığı mümkün olabildiğince taklit edebilmek için OLED’lerin potansiyelinin farkına varılmasını amaçlıyor. Leo, büyük bir hayranlıkla “OLED’ler bizim suni ışık hakkında baştan aşağıya tekrar düşünmemizi sağlayan birer teknoloji harikaları” diyor.

Verimlilikte rekabet
 OLED’den beklentiler oldukça yüksek; mevcut ışık kaynaklarından çok daha verimli olmaları ve hatta bir gün kendilerine verilen enerjinin yüzde 100’ünü ışığa çevirebilmeleri bekleniyor. Bu yoğun beklentilerin hayata geçebilmesi için elbette malzeme geliştiricilere ve aydınlatma imalatçılarına gerek duyuluyor. Elektrikli ampuller, halojen lambalar ve enerji tasarruflu ampullerde enerjinin büyük bir bölümü ışık yerine ısıya çevriliyor; yani açık durumdayken 100 vatlık bir elektrik ampulünün dış yüzeyi örneğin 200 dereceden (392 F) fazla bir sıcaklığa ulaşıyor. Bugün Dresden’de geliştirilmekte olan OLED’lerde ise bu sıcaklık yaklaşık 30 derece (86 F) civarında. Bu yüzden insan vücudunun ısısından daima daha soğuk ve güvenliler. Ticari OLED’lerin aydınlatma verimliliği şu anda vat başına 45- 60 lümen (ışık ölçü birimi) arasında. Laboratuvarlarda ise daha şimdiden vat başına 90 lümen’den yüksek değerler bile elde edilebiliyor. Bir kıyaslama yapmak gerekirse OLED’lerin ömrü daha bu aşamada bile oldukça gelecek vadediyor. Leo ve ekibi, işte bu değerleri daha da mükemmelleştirmek için çalışıyor. Büyük aydınlatma imalatçıları, geniş ölçekli üretime başlamadan önce OLED’lerin 10 binlerce saatlik bir ömre ulaşması ve mevcut floresan lambalarının yaklaşık iki katı kadar bir verimlilik oranını yakalaması gerekiyor.

Kendinizi iyi hissettiren ışık
OLED’lerin geleceğin enerji kaynağı olması sadece verimliliklerinden kaynaklanmıyor. Philips Lighting’de baş tasarımcı olan Rogier van der Heide, “Verdikleri ışık, başka hiçbir ışık kaynağıyla kıyaslanmayacak kadar yumuşak, huzur verici ve hoş ki bu yüzden onlara ‘iyi hissettiren ışık’ adını koydum” diyor. “İyi hissettirme” faktörünün sırrı, aslında onların ışık yayma yöntemlerinde yatıyor. Eski ve mevcut diğer bütün suni ışık kaynaklarının aksine OLED’ler ışığı tek bir noktadan yaymaz, yatay bir ışık kaynağıdır. Leo, “OLED’lerle renk sıcaklığını düzenlemek ve ışığı günün zamanına göre ayarlamak mümkün. Yani aydınlatmada daha önce neredeyse hiç görülmemiş bir sıcak beyaza sahip olmak mümkün” diyor. OLED’lerin bir diğer özelliği de aydınlatma tasarımcılarına verdiği ilham. Zar gibi incecik organik malzemelerden yapılıyorlar ve yakın bir gelecekte duvar kağıtları, tavanlar veya pencere camlarının üzerine tıpkı ikinci bir deriymiş gibi OLED yerleştirmek mümkün olabilir. Bu sayede bir tavan mükemmel bir yaz gökyüzü sanrısı yaratabilecek ya da bir duvar sanal bir ilkbahar çimenliği hissi verebilecek. OLED’ler kapatıldıklarında beyaz, yansıtıcı veya şeffaf olur. Bu yüzden güneş ışığının gündüzleri içeri girmesini sağlayan ve sonra karanlıkta düz lambalara dönüşen pencere camlarının yaratılmasında OLED’lerden faydalanılabilir. Bu geleceğin odaları, bizim bugün lambalar hakkında bildiklerimizden bambaşka şeyler yapabilir duruma gelebilir.

Işık yaratan karbon molekülleri
OLED’ler tıpkı LED’lerdeki prensiplere göre çalışır. Her ikisi de ışığı üreten yarı iletkenlerdir. Bunlar belirli koşullarda elektriği ileten katı haldeki maddelerdir. Elektrik yarı iletkenlerin içinden geçerken korlaşarak parlamaya başlıyor. LED’ler ile OLED’ler arasındaki farkı yaratan “O” ise organik anlamına geliyor. LED’lerde örneğin galyum nitrür temelli minnacık inorganik kristaller kullanılırken OLED’ler ise normalde buhar bırakım ile bir malzeme tabanının kaplanmasında kullanılan boya benzeri organik bileşenlerden yapılıyor. OLED’in yapısı biraz sandviçe benziyor. Bir insan saçının telinden yüz kere daha ince olan ve çıplak gözle görülemeyen iki yatay elektrotun arasına organik katmanlar yerleştiriliyor. Onların arasından bir elektrik akımı geçtiğinde organik katmanların içindeki moleküller korlaşarak parlamaya başlıyor. Şayet OLED’in içinde kırmızı, yeşil ve mavi maddeler kullanışmışsa çıkan ışık beyaz oluyor. Leo, “Bugüne kadar bir temel madde olarak sadece camdan faydalanabildik. Ancak orta vadede büyük bir ihtimalle esnek malzemeler de kullanılabilir hale gelecek” diyor. Bu organik malzemelerin buharla havaya karşı çok iyi korunması ve düzgün bir şekilde sarıp sarmalanması gerekiyor. Esnek malzemelere bunu yapmak ise bugün gerçekten çok zor.

Ateş böcekleri… Doğanın OLED’leri…
OLED’lerin başlangıcı Çinli- Amerikalı kimya Profesörü Dr. Ching W. Tang’ın Birleşik Devletler’de Kodak’ın araştırma bölümünde güneş pilleri üzerinde çalışırken organik maddelerde mavi renkte parlayan bir fenomen keşfettiği 1979 yılına kadar geri gidiyor. O ve meslektaşı Steven Van Slyke, 8 yıl sonra dünyada ilk defa organik katmanlardan yapılmış ışık yayan diyotların sunumunu yaptı. Hayvanlar krallığında bu prensip çok eskiye dayanır: Ateş böcekleri aslında doğal birer OLED gibidir. Bünyelerinde, bir enzim sayesinde oksijenle reaksiyona giren, lusiferin adında doğal bir madde vardır. Üretilen enerji neredeyse tamamıyla ışık olarak yayılır; ancak ateş böceklerindeki bu ışık saçan moleküller onların vücudundan ayrılıp giderken OLED’lerde bunlar ilk hallerine geri döner. BASF gibi şirketler, bugünlerde bu moleküllerin şimdiye kadar yapabildiğinden daha fazla ışık üretmesi ve çok daha verimli olabilmesi üzerinde çalışıyor. Bu organik maddeler konusunda bugün en önemli meydan okuma olarak duran mavi ışık çıkaran maddelerin geliştirilmesi alanında BASF lider bir konumda. Dr. Karl Hahn, bu durumu şöyle izah ediyor: “Mavi ışıkta yeşil ve kırmızı olana kıyasla çok daha fazla enerji var. Bu da bu moleküllerin çözülüp ayrılabileceği ve kendi etkilerini kaybedebileceği anlamına geliyor.” Hahn, şu anda BASF’de organik elektronikler alanındaki araştırmalardan sorumlu olarak çalışıyor. BASF araştırmacıları yüksek verimli moleküllerle ilgili ilk buluşu birkaç yıl önce gerçekleştirmişti. Şimdi bu moleküllerin yaşam ömürlerini uzatmak ve bizim diyotlar dediğimiz güvenilir aydınlatma sistemleri geliştirmek üzerinde çalışıyorlar.~Pratik uygulamalar
Tanınmış aydınlatma imalatçıları, zaten bu yeni teknolojilerden faydalanmaya başladı bile. Bu alanda önde gelen şirketlerden ikisi ise Osram ile Philips’tir. Siemens’in bir iştiraki olan Osram, yaklaşık 4 yıl kadar önce Yakın Gelecek olarak bilinen dünyanın ilk OLED ışıktan heykelini piyasaya sürdü. Osram, o günden bu yana bu işi fevkalade büyüttü ve kendi müşterileri için tamamıyla OLED ve LED kombinasyonlarıyla aydınlatılan konferans salonları inşa etti. Osram bu gibi uygulamaların yakın gelecekte daha büyük bir ölçekte sunulmasını sağlamak için 2011 yılında Regensburg’da kendisine ait ilk OLED pilot üretim hattını hizmete açtı. Osram burada bu hassas aydınlatma panellerinin endüstriyel ölçekte nasıl yapılabileceğini araştırıyor. Hollandalı şirket Philips ise Lumiblade adındaki ilk OLED aydınlatma modülünün 2010 yılında dünyanın en büyük OLED aydınlatma kurulumu olarak sunumunu yaptı. Bu sunumdaki duvarda, 1.000’den fazla küçük panel bulunuyordu. Onun önünde duran bir kamera, her hareketi kaydediyor ve sonra onları tek tek bu panelleri aydınlatan elektrik sinyallerine çeviriyor. Bu “iyi hissettiren” ışık, gelecekte hastanelerde ve operatörlerin ameliyathanelerinde de kullanılabilir. Ayrıca UV ışınları yaymayan ve aşırı sıcaklık yaratmayan yumuşak bir ışık kaynağıyla ilgilenen müzelerden de yoğun bir talep var. Japonya bu alanda daha şimdiden bir adım önde; burada tamamen OLED’lerle aydınlatılan dünyanın ilk fuar ve sergi salonları bulunuyor.

Seri üretime başlanması
Bu yeni teknoloji olağanüstü ilham verici, özellikle de Asyalı imalatçılar için. Panasonic firmasında organik aydınlatma bölümünde araştırma direktörü olan Dr. Takuya Komoda’ya göre, Japonya’da Fukushima nükleer felaketiyle nükleer enerji santrallerinin çoğunun geçici olarak kapatılmasından sonra hemen hemen herkes mümkün olan her yerde elektrik tasarrufu yapmaya çalıştı. Japonya’nın toplam enerji tüketiminde aydınlatmanın payı yaklaşık yüzde 16. Komoda, “Aydınlatmada enerji tüketimini kısmak için acilen yeni nesil aydınlatma cihazlarının devreye alınması şart. Gelecekte OLED’ler çok önemli bir aydınlatma kaynağı olacak, çünkü hem yüksek oranda enerji tasarrufu yapabiliyor hem de mükemmel bir aydınlatma atmosferi sağlayabilecek kapasitedeler” diyor. Her ne kadar enerji tasarruflu ampuller şu anda daha verimli olsa da bu durum yakında değişecek. Komoda, “2018 yılına gelindiğinde OLED’lerin enerji verimliliğini vat başına 100 lümen’e kadar artırmayı planlıyoruz” diye ekliyor. OLED’lerde uzmanlaşmış bir Japon firması olan Lumiotech, 2011 yılında makul fiyatlı asılabilir ışık panelleriyle OLED masa lambalarını sırasıyla 410 dolar ve 650 dolar birim fiyatlardan piyasaya sürerek piyasaya güçlü bir hareket kazandırdı. Bunun dışında Konica Minolta da kendisine ait Symfos ışık panelleriyle geleceğin aydınlatma devriminde yerini alıyor. Bu şirket, ayrıca OLED’ler için yeni bir baskı kafası türüyle de manşetlere çıktı. Kendi sınıfında bir ilk olan bu cihaz, mürekkep yerine elektronik işlevli malzemeler kullanıyor ve bu sayede organik ışığı “basabilecek” kapasiteye ulaşmış oluyor.

OLED’leri hükümetler de çok sevdi
Politika yapıcılar da bu enerji cimrisi mucizevi ışıkların potansiyelinin farkında ve yıllardır geliştirilmelerini destekliyorlar. ABD’de Enerji Bakanlığı 2003 yılından bu yana yürüttüğü “Katı Maddeler Aydınlatma Programı” ile LED’ler ve OLED’ler gibi verimli aydınlatma kaynaklarının araştırılmasını, geliştirilmesini ve imalatını sürekli olarak destekleyip duruyor. Bu hükümetin amacı da aydınlatma amaçlarına yönelik elektrik tüketimini azaltmak. Avrupa Birliği’nde (AB) ise hedef 2020 yılına kadar sera gazı salımlarında yüzde 20 oranında azalmaya gidilmesini başarmak. AB, bu hedefini tutturabilmek için geleceğin enerji cimrisi ve çevre dostu teknolojisi olarak OLED’leri de kapsayan enerji sektöründeki araştırmaları destekliyor. Bilim topluluğunun ve endüstrisinin birlikte OLED’leri daha da verimli kılmak için yaptıkları çalışmalarla ilgili Avrupalı projelere birkaç milyon Euro civarında para akıtılıyor. Almanya’da Federal Hükümet OLED 2015 programı aracılığıyla bu konudaki araştırma ve geliştirmeleri destekliyor. Kendi iş ortaklarıyla birlikte 2006 yılından bu yana 1 milyar dolardan fazla yatırım yaptılar. Aydınlatma pazarındaki uygulamalar için düşük maliyetli OLED bileşenlerin geliştirilmesine odaklanan bu girişimin içinde 2012 ilkbaharında başlatılan Kobalt Project gibi takip altında tutulan teşebbüsler ile onlara dahil olan Philips ve BASF gibi ortaklar var.

Ekranlarda OLED’ler
OLED’ler ekran endüstrisinde zaten çok yaygın bir şekilde kullanılıyor. Örneğin Koreli şirket Samsung, piyasaya en son sürdüğü cep telefonlarıyla tablet bilgisayarlarda daha şimdiden seri üretimi yapılan düz ışık panelleri kullanıyor. Bu aslında OLED’ler için neleri başarabileceklerini göstermeleri açısından çok büyük bir şans. Kendi kendilerine ışık yayıyorlar ve arka plandan aydınlatmaya gerek duymadıklarından çok daha az elektrik tüketiyorlar. Bu tasarım inanılmaz derecede büyüleyici: Samsung ve Koreli elektronik grubu LG tarafından piyasaya sürülen 55-inç OLED TV ekranları sadece birkaç milimetre kalınlığında. Web üzerinden OLED’lerle ilgili bilgilere bakıldığında geleceği görmek mümkün. Buradaki resimler esnek ve kıvrılabilir ekranlara sahip prototipleri gösteriyor; örneklerin içinde tıpkı bir mendil gibi katlanabilen e-kitaplar ve kıvrılabilen cep telefonları var.

Mükemmel iş fırsatları
Dresden’deki Profesör Dr. Leo, “Küçük OLED ekranların yıllık satışları daha şimdiden 4 milyar dolar civarında” diyor. Birkaç yıl içinde bu rakam, iki haneli sayılara çıkacak. Eğer maliyetler düşer ve verimlilik artarsa uzmanlar, OLED devriminin önünde hiçbir şeyin duramayacağına inanıyor. BASF Geleceğin İşleri’nden Dr. Felix Christian Görth, “LED’ler üzerinde 40 yıldan uzun bir süredir araştırmalar yapılıyor ve bugün artık rekabet üstünlüğü kazanmış durumdalar. Ancak OLED’lerin de LED’ler kadar enerji verimliliğini yakalaması durumunda, her iki çözüm de aydınlatma pazarından kendi paylarını alacaktır. Çünkü birbirlerini tamamlayan birer alternatif konumundalar” diyor. Bu yüzden 06 Akıllı Kimya organik ışık panelleri gelecekte bile piyasayı tamamıyla eline geçirmeyecek. Araba farları gibi belirli uygulamalar için nokta ışıklı kaynaklar talep görmeye devam edecek. Bu yüzden de LED’ler geleceğin nokta ışıklı kaynakları olurken OLED’ler de geleceğin düz lambaları olabilir. Görth’e göre artık OLED teknolojisinin ticari anlamda başarılı olup olmayacağı bir soru olmaktan çıkmış durumda. Bu BASF uzmanı “Sonuçta OLED’ler, 2011 yılından bu yana cep telefonu ekranlarında önemli bir rol oynuyor” diyor ve “Bugün halen tartışmaya açık olan tek konu bu pazarın nihayetinde ne kadar büyüyeceğidir” diye ekliyor. Profesör Leo’nun Dresden’deki ofisinden bakıldığında OLED’lerin müthiş bir yenilik getireceği çok aşikar. Masasının üstünde halen geleneksel bir okuma lambası var ve odası da tavanda asılı konvansiyonel floresan lambalarıyla aydınlatılıyor. Ancak o da artık ikna olmuş durumda: “Benimki gibi çok sayıda ofiste OLED’lerin artık sıradan görülmesine çok uzunca bir süre kalmamış olabilir” diyor.