1.-IntroducciónEn el presente documento se desarrollara una explicación detallada acerca dela tecnología OLED. He elegido este tema debido a que esta tecnología, seestá desarrollando a pasos agigantados presenta novedosas aplicaciones, lascuales hace algunos años eran prácticamente imposibles. Ahora son posiblescon esta tecnología, se abarcará las ventajas presentadas con esta nuevatecnología y las desventajas que esta presenta, aparte de la explicación decómo funcionan dichos elementos, con su respectiva clasificación y lasdiferentes aplicaciones que esta tecnología presenta en la actualidad, ademásde sus respectivas ventajas y desventajas.2.
-Historia del OLEDLos materiales orgánicos han sido considerados tradicionalmente comoaislantes hasta que a finales de los años 50 por Bernanose y suscolaboradores, se demostró una débil conductividad eléctrica en moléculasorgánicas. La situación cambió cuando, en 1977, Chiang descubrieron unsignificativo aumento de 11 órdenes de magnitud en la conductividad eléctricade un polímero al introducir un halógeno en poliacetileno. Un nuevo término, elde “semiconductor orgánico”, que se utiliza con frecuencia hoy en día, fueacuñado específicamente para esta nueva clase de materiales conductores.Este descubrimiento, llevó a Heeger, MacDarmid y Shirakawa a la consecucióndel premio Nóbel de Química en el año 2000 por sus contribuciones enpolímeros conductores.Es obligado señalar que, ya durante los años 60, había sido referida laelectroluminiscencia controlada por corriente en directa a partir de unmonocristal de antraceno, en los trabajos de Pope y Helfrich y Schneider. Noobstante, por aquellas fechas, la aplicación a diodos orgánicos emisores de luz(OLEDs) se consideraba poco realista debido al alto voltaje de funcionamiento4Trabajo OLED(mayor de 100 V para conseguir una luminancia razonable) necesario parainyectar cargas en el cristal orgánico.
Un gran avance se produjo en 1987cuando Tang publicaron dispositivos bicapa basados en películas molecularesdepositadas por vapor, que consistían en una capa de transporte de huecos abase de una diamina aromática y una capa emisora de trisaluminio, quegeneraban electroluminiscencia mayor de 1000 cd/m2 para un voltaje deoperación menor de 10 V. Este diseño bicapa se ha convertido en un hito yconstituye la estructura prototipo en OLEDs. La demostración por Burroughes,en 1990, de la electroluminiscencia en polímeros conjugados fue decisiva paraalentar la investigación y el desarrollo en electroluminiscencia orgánica.3.- Estructura de OLED3.1.-EstructuraUn OLED está compuesto por dos finas capas orgánicas: una capa de emisióny una capa de conducción, que a la vez están comprendidas entre una finapelícula que hace de terminal ánodo y otra igual que hace de cátodo. Engeneral estas capas están hechas de moléculas o polímeros que conducen laelectricidad.
Sus niveles de conductividad eléctrica se encuentra entre el nivelde un aislador y el de un conductor, y por ello se los llama semiconductoresorgánicos.La elección de los materiales orgánicos y la estructura de las capas determinanlas características de funcionamiento del dispositivo: color emitido, tiempo devida y eficiencia energética.Fig 1. Estructura de un OLED5Trabajo OLED3.2.
-FuncionamientoSe aplica voltaje a través del OLED de manera que el ánodo sea positivorespecto del cátodo. Esto causa una corriente de electrones que fluye ensentido contrario de cátodo a ánodo. Así, el cátodo da electrones a la capa deemisión y el ánodo los sustrae de la capa de conducción.Seguidamente, la capa de emisión comienza a cargarse negativamente (porexceso de electrones), mientras que la capa de conducción se carga conhuecos (por carencia de electrones). Las fuerzas electrostáticas atraen a loselectrones y a los huecos, los unos con los otros, y se recombinan (en elsentido inverso de la carga no habría recombinación y el dispositivo nofuncionaría).
Esto sucede más cerca de la capa de emisión, porque en lossemiconductores orgánicos los huecos se mueven más que los electrones (noocurre así en los semiconductores inorgánicos).La recombinación es el fenómeno en el que un átomo atrapa un electrón. Dichoelectrón pasa de una capa energética mayor a otra menor, liberándose unaenergía igual a la diferencia entre energías inicial y final, en forma de fotón.La recombinación causa una emisión de radiación a una frecuencia que está enla región visible, y se observa un punto de luz de un color determinado. Lasuma de muchas de estas recombinaciones, que ocurren de forma simultánea,es lo que llamaríamos imagen.Principio de funcionamiento de OLED: 1. cátodo (-), 2.
capa de emisión, 3.emisión de radiación (luz), 4. capa de conducción, 5. ánodo (+).
Fig 2. Principio de funcionamiento del OLED6Trabajo OLED4.- Tipos de OLEDPuede parecer que solo es uno el tipo de pantallas que usan OLED comotecnología para mostrar las imágenes, pero son varias las tecnologías queexisten. Estos dispositivos tienen en común que la película emisora de luz estácompuesta por materiales orgánicos, tanto con polímeros conductores o conmoléculas pequeñas conductoras pero cada tipo posee característicasdiferentes como el consumo energético, dimensiones, definición del color yestructura de fabricación.4.1.- El OLED de matriz pasiva o PMOLEDLos PMOLED tienen tanto el cátodo como el ánodo en forma de tiras de capasorgánicas, estas tiras están dispuestas perpendicularmente sobre el ánodo solosiendo separadas por las capas orgánicas.Cada intersección de las tiras del ánodo y cátodo determina un pixel, parapoder emitir luz existe un circuito externo que suministra corriente a cada tiraindependientemente de las demás esto hace que un pixel se encienda opermanezca apagado.
El brillo de cada pixel es proporcional a la cantidad decorriente aplicada. Los PMOLED son de fácil fabricación, pero consumen másenergía que otros tipos de OLED, esto se debe principalmente a la energíanecesaria para activar el circuito externo.Se ha observado que en la práctica los PMOLED son más eficientes para eltexto y los iconos pequeños por lo que son usados para teléfonos celulares,PDA, dispositivos MP3, displays de vehículos y otras muchas aplicacionesdonde se requiera pantallas pequeñas.
7Trabajo OLEDFig 3. El OLED de matriz pasiva o PMOLED4.2.- El OLED de matriz activa o AMOLEDUna pantalla AMOLED tiene capas completas de cátodos, moléculas orgánicasy ánodos, donde una matriz es formada por los recubrimientos de la capa delánodo y una película fina de transistor (TFT). El transistor es el circuito quedetermina qué píxeles permanecen encendidos para formar una imagen. LosAMOLED consumen menos energía que los PMOLED, ya que el arreglo TFTconsume una pequeña cantidad de energía y elimina la necesidad de usar uncircuito externo. Además, también tienen velocidades altas de restauración deimagen, por lo que son convenientes para vídeo. En el campo en donde mejorse desenvuelven los AMOLED son monitores de computadora, pantallasgrandes de TV y carteleras electrónicas.
Fig 4. El OLED de matriz activa o AMOLED8Trabajo OLED4.3.- SM-OLED (Small-Molecule OLED)Este tipo de OLED se basa en una tecnología desarrollada por la compañíaEastman Kodak. Al hablar de moléculas pequeñas, se quiere decir que lamanipulación de éstas es muy frágil y no pueden tener una consistenciaestable sin un soporte que lo sostenga, de ahí que deban prepararse medianteun proceso de encapsulado. La producción de pantallas con moléculaspequeñas requiere una deposición al vacio de éstas que se consigue medianteun proceso de producción económicamente costoso comparado con otrastécnicas. Usualmente se utilizan sustratos de vidrio para poder hacer el vaciocausando limitaciones en su flexibilidad, aunque las pequeñas moléculas sísean flexibles.Características:Consumo energético menor a ? los LEDs convencionales.
? La luz proporcionada es más brillante, haciendo que los colores sean másvivos.? Las dimensiones de este tipo de pantallas OLED son relativamente pequeñasya que la fabricación es compleja y el coste es alto.? Su flexibilidad es limitada ya que el sustrato donde se deposita poseeflexibilidad casi nula, aunque las propias moléculas sean flexibles.4.
4.- PLED (Polymer LED)Los PLEDs han sido desarrollados por la Cambridge Display Technology. Sebasan en un polímero conductivo electroluminiscente que emite luz cuandorecorre una corriente eléctrica por sus terminales. Se utiliza una película desustrato muy delgada y se obtiene una pantalla de gran intensidad de color querequiere muy poca energía en comparación con la luz emitida. A diferencia delos SM-OLED, el vacio no es necesario y los polímeros pueden aplicarse sobreel sustrato mediante una técnica derivada de la impresión de tinta comercial,llamada inkjet. Los PLED pueden ser producidos de manera económica y elsustrato utilizado puede ser flexible, como un plástico PET (Tereftalato de9Trabajo OLEDpolietileno) .Características:Consumo energético menor a los SM-OLEDs. Necesita ? poca energía paraproporcionar una cantidad de luz brillante e intensa.
? Sus dimensiones pueden ser elevadas. Posibilidad de hacer hojas grandesdel material y adecuadas para displays de pantalla grande.? Los polímeros conductores y electroluminiscente son más fáciles de fabricary su coste es menor que el del SM-OLED.? Tiene posibilidad de ser flexible, si el sustrato donde se deposite tiene esapropiedad. Para este tipo de OLED el sustrato puede ser plástico ya que nonecesita ningún tratamiento especial para que funcione como en los SMOLED.
4.5.- TOLED (Transparent OLED)Este tipo de OLEDs son transparentes y solo contienen componentes quepermiten el paso de la luz a través de ellos (ánodo, cátodo y sustrato). Cuandola pantalla TOLED está apagada, proporciona hasta un 85% de transparencia ycuando esta activada, son capaces de emitir luz por su cara anterior, posterioro por ambas. Los TOLEDs heads-up (pantalla de visualización frontal) puedemejorar mucho el contraste, por lo que es mucho más fácil ver la muestra de latecnología sunlight (dispositivos implementados con sustrato antirreflejanteeliminando molestos reflejos causados por la luz del sol), la cual permite latransparencia. Los TOLEDs también están construidos de acuerdo con suaplicación y el área de visión. Ésta puede ser utilizada en pantallas Head-up,ventanas inteligentes o aplicaciones de realidad aumentada.
Características:? El sustrato necesario para su construcción tiene que ser transparente, y conla opción de ser flexible o no.? Su consumo energético es relativamente más alto que los anteriores tipos deOLED.10Trabajo OLEDSus dimensiones pueden ser relativamente grandes, ? como ventanas opequeños carteles para camisetas.? El contraste de luz es mucho mejor que cualquier otro tipo ya que cuenta conla luz natural del ambiente.Fig 5. TOLED (Transparent OLED)4.6.
– SOLED (Stacked OLED)Los SOLED utilizan una arquitectura de píxel novedosa que se basa enalmacenar subpíxeles rojos, verdes y azules con transparencias, unos encimade otros en vez de disponerlos a los lados como sucede de manera normal enlos TRC y LCD. El SOLED permite escalas de intensidad, color y escala degrises, para ajustar independiente para alcanzar la máxima intensidad y calidadde color. Las mejoras en la resolución de las pantallas se triplican y se realzapor completo la calidad del color.4.
7.- FOLED (Flexible OLED)Este tipo de OLED se caracteriza por su flexibilidad. Está fabricado con unsustrato metálico o plástico muy flexible, ligero y duradero. Su estructuratambién contiene un empaquetado y encapsulado que protege al OLED de losefectos degradantes del agua y el oxígeno.
Esta capa está sellada aldispositivo mediante una resina epoxi ultravioleta con el fin de que este materialpueda absorber agua o sustancias residuales que quieran atravesarlo. Los11Trabajo OLEDFOLED están construidos sobre películas plásticas ópticamente claras y hojasmetálicas y flexibles pero los sustratos flexibles utilizados, imponen dificultadesde temperatura o degradación. Sin embargo, los sustratos metálicos másflexibles proporcionan mejores resultados en rendimiento, variabilidad detemperatura y rentabilidad. Este tipo de OLED se puede utilizar paraaplicaciones como teléfonos móviles o confección de ropa “inteligente”· Estatecnología aun está en desarrollo por la complejidad de encontrar materialesacorde con sus características.
Características:Su estructura posee ? materiales flexibles.? Su consumo energético es menor que un LED convencional pero losmateriales no son muy resistentes con respecto a su funcionamiento.? Sus dimensiones son pequeñas ya que de momento, a causa de susmateriales, no se pueden construir displays de áreas mayores.4.
8.- WOLED (White OLED)Este tipo de OLED emite luz blanca mediante el conjunto de tres capascontiguas o superpuestas correspondientes a los colores primarios: rojo, verdey azul; que en su conjunto forman un pixel. Para formar el color blanco delpixel, las capas RGB deben estar a máxima potencia, así, a partir de la mezclaaditiva de colores, se formará un color blanco más brillante, más uniforme ymás eficiente energéticamente que la emitida por luz fluorescente. LosWOLEDs pueden fabricarse en grandes placas, pudiendo sustituir las lucesfluorescentes que se utilizan actualmente para uso cotidiano en los hogares yedificios. También, su uso podría reducir parcialmente los costes de energíapara el alumbrado urbano.12Trabajo OLEDCaracterísticas:Su estructura está formada por capa de película RGB, ? para en su conjunto,formar el color blanco.
? Su consumo energético es más eficiente que el consumo de energía emitidapor las luces fluorescentes.? Se puede construir en grandes hojas, pudiendo sustituir las luces quecotidianamente se usan.? La luz emitida es más brillante y más uniforme. La calidad del blanco es decolor verdadero.5.
– Ventajas y Desventajas5.1.- VentajasLas principales ventajas que presenta esta tecnologia es el bajo consumo deenergia y la flexibilidad que esta presenta, es decir, son totalmente maleables ypueden adopter cualquir forma, pero a mas de estas ventajas, se presentan lassiguientes:5.1.1.- Más delgados y flexiblesPor una parte, las capas orgánicas de polímeros o moléculas de los OLED sonmás delgadas, luminosas y mucho más flexibles que las capas cristalinas de unLED o LCD.
Por otra parte, en algunas tecnologías el sustrato de impresión delos OLED puede ser el plástico, que ofrece flexibilidad frente a la rigidez delcristal que da soporte a los LCDs o pantallas de plasma.5.1.2.
– Más económicosEn general, los elementos orgánicos y los sustratos de plástico serán muchomás económicos. También, los procesos de fabricación de OLED pueden13Trabajo OLEDutilizar conocidas tecnologías de impresión de tinta (en inglés, conocida comoinkjet), hecho que disminuirá los costes de producción.5.1.
3.- Brillo y ContrasteLos píxeles de OLED emiten luz directamente. Por eso, respecto a los LCDsposibilitan un rango más grande de colores y contraste.5.1.
4.- Menos consumoLos OLED no necesitan la tecnología backlight, es decir, un elemento OLEDapagado realmente no produce luz y no consume energía, a diferencia de losLCD que no pueden mostrar un verdadero “negro” y lo componen con luzconsumiendo energía continuamente. Así, los OLED muestran imágenes conmenos potencia de luz, y cuando son alimentados desde una batería puedenoperar largamente con la misma carga.5.1.5.
– Más escalabilidad y nuevas aplicacionesLa capacidad futura de poder escalar las pantallas a grandes dimensioneshasta ahora ya conseguidas por los LCD y, sobre todo, poder enrollar y doblarlas pantallas en algunas de las tecnologías OLED que lo permiten, abre laspuertas a todo un mundo de nuevas aplicaciones que están por llegar.5.1.6.- Mejor visión bajo ambientes iluminadosAl emitir su propia luz, una pantalla OLED, puede ser mucho mas visible bajo laluz del sol, que una LCD.5.
2.- DesventajasAunque las ventajas que presenta esta tecnología son grandes desde cualquierpunto de vista, también presenta desventajas sumamente grandes, por elhecho de ser elementos orgánicos, lo que ocasiona dichas desventajas, siendoestas:14Trabajo OLED5.2.1.
– Tiempos de vida cortosLas capas OLED verdes y rojas tienen largos tiempos de vida, sin embargo lacapa azul no es tan duradera, actualmente tienen una duración cercana a las14.000 horas (8 horas diarias durante 5 años), este periodo de funcionamientoes mucho menor que el promedio de los LCD que dependiendo del modelo ydel fabricante pueden llegar a las 60.000 horas.5.2.2.
– Proceso de fabricación caroActualmente la mayoría de tecnologías OLED están en proceso deinvestigación, y los procesos de fabricación (sobre todo inicialmente) soneconómicamente elevados.5.2.3.
– AguaEl agua puede fácilmente estropear en forma permanente los OLED, ya que elmaterial es orgánico, su exposición al agua, tiende a acelerar el proceso debiodegradación, es por esto que el material orgánico de una OLED, suele venirprotegido, y aislado del ambiente, por lo que la pantalla es totalmente resistentea ambientes húmedos..5.
2.4.- Impacto medioambientalLos componentes orgánicos (moléculas y polímeros) se ha visto que sondifíciles de reciclar (alto coste, complejas técnicas). Ello puede causar unimpacto al medio ambiente muy negativo en el futuro.5.2.5.
– Problemas de equilibrio con los coloresEl material utilizado para producir OLED de color azul claro degrada muchomás rápidamente que los materiales que producen otros colores, por lo que elusuario cada vez que note estos desequilibrios tendrá que ajustar con el mandodel elemento los colores para acceder a una calidad de imagen optima, por loque el confort se ve disminuido y esto para el usuario es lo mas importante almomento de adquirir un objeto.15Trabajo OLED6.- Ámbitos de aplicación6.1.- Aplicaciones domesticasLas aplicaciones domésticas son las más comunes para el uso de losdispositivos OLED. Se podría decir que, ya que son dispositivos emisores luz,su función es la de iluminar y para ello se fabrican luminarias principalmente deluz blanca. En este campo, también es común la fabricación de todo tipo depantallas, ya sea a pequeña escala, como las pantallas de móvil, o a granescala, como pantallas de televisor. Como por ejemplo:-Televisores Samsung OLED-Luminarias OLED.
Varias compañías utilizan este tipo de diodos para crear una nueva generaciónde bombillas y sistemas de iluminación. El rendimiento y el brillo de estasbombillas es mayor que la de cualquier bombilla incandescente o fluorescentey, además, gracias a su estructura y grosor, se pueden aplicar a las industriastextiles, electrónica de consumo, muebles o decoración.Una de las ideas más interesantes es la llamada “ventana transparente”. Laestructura actuaría como un vidrio de cualquier ventana durante el díapermaneciendo totalmente transparente, mientras que cuando oscurece, laventana se ilumina y actúa como una potente luminaria.Fig 6.
Ventana Transparente16Trabajo OLEDAunque esta idea puede tener un futuro prometedor, estas compañías estánintentando mejorar el prototipo en aspectos como el aislamiento térmico ysonoro.6.2.- Aplicaciones automovilísticasLos dispositivos OLED aplicados al área automovilística, principalmente secentran en la iluminación exterior e interior de forma decorativa, es decir, laluces principales de iluminación (posición, corta y larga distancia) no soncompatibles con estos dispositivos.
Como por ejemplo:Sistemas ? de iluminación, AudiLa fábrica automovilística alemana Audi, ha desarrollado un sistema deiluminación basado en la tecnología OLED. Consiste un panel completo de estetipo de LED adherido a la carrocería del coche adaptándose a su forma y capazde convertirse en una fuente de luz decorativa. Debido a su reducido grosorpermite la superposición de varias capas para producir un efecto de coloresmixtos, pudiéndose incluso alcanzar el color blanco y consiguiéndose unaspecto visual homogéneo. Esta característica no sería posible utilizando unsistema de LEDs actual.
Fig 7. Decoración OLED exterior de Audi.17Trabajo OLED7.- ConclusiónAl realizar este documento, se ha podido llegar a las siguientes conclusiones:-La tecnología OLED esta desplazando poco a poco a las tecnologías actualescomo son la LCD y Plasma.-La investigación realizada en esta tecnología presenta grandes costos dedinero y el impacto ambiental que produce es grave, por lo que se vecomplicada su utilización si no se encuentra una solución inmediata a esteproblema.-Los costos para poder adquirir esta tecnología son elevados, a pesar de sermateriales de bajo costo, la manufactura de los mismos presenta un alto costo.-El funcionamiento de la tecnología OLED es relativamente sencillo y de fácilcomprensión, por lo que en un futuro representara una
