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Oled, diodo orgánico de emisión de luz

Un diodo orgánico de emisión de luz, también conocido como OLED (acrónimo del inglés: Organic Light-Emitting Diode), es un diodo que se basa en una capa electroluminiscente formada por una película de componentes orgánicos que reaccionan, a una determinada estimulación eléctrica, generando y emitiendo luz por sí mismos. Existen muchas tecnologías OLED diferentes, tantas como la gran diversidad de estructuras (y materiales) que se han podido idear (e implementar) para contener y mantener la capa electroluminiscente, así como según el tipo de componentes orgánicos utilizados. Las principales ventajas de los OLEDs son: menor coste, mayor escalabilidad, mayor rango de colores, más contrastes y brillos, mayor ángulo de visión, menor consumo y, en algunas tecnologías, flexibilidad. Pero la degradación de los materiales OLED han limitado su uso por el momento. Actualmente se está investigando para dar solución a los problemas derivados, hecho que hará de los OLEDs una tecnología que puede reemplazar la actual hegemonía de las pantallas LCD (TFT) y de la pantalla de plasma. Por todo ello, OLED puede y podrá ser usado en todo tipo de aplicaciones: pantallas de televisión, pantalla de ordenador, pantallas de dispositivos portátiles (teléfonos móviles, PDAs, reproductores MP3...), indicadores de información o de aviso, etc. con formatos que bajo cualquier diseño irán desde unas dimensiones pequeñas (2") hasta enormes tamaños (equivalentes a los que se están consiguiendo con LCD). Mediante los OLEDs también se pueden crear grandes o pequeños carteles de publicidad, así como fuentes de luz para iluminar espacios generales. Además, algunas tecnologías OLED tienen la capacidad de tener una estructura flexible, lo que ya ha dado lugar a desarrollar pantallas plegables, y en el futuro quizá pantallas sobre ropa y tejidos, etc. La electroluminiscencia en materiales orgánicos fue producida en los años 50 por Bernanose y sus colaboradores. En un artículo de 1977, del Journal of the Chemical Society, Shirakawa et al. comunicaron el descubrimiento de una alta conductividad en poliacetileno dopado con yodo.[2] Heeger, MacDiarmid & Shirakawa recibieron el premio Nobel de química de 2000 por el "descubrimiento y desarrollo de conductividad en polímeros orgánicos". En un artículo de 1990, de la revista Nature, Burroughs et al. comunicaron el desarrollo de un polímero de emisión de luz verde con una alta eficiencia. Recientemente, en 2008, ha aparecido en castellano un trabajo de revisión y puesta al día sobre la tecnología OLED. Un OLED está compuesto por dos finas capas orgánicas: capa de emisión y capa de conducción, que a la vez están comprendidas entre una fina película que hace de terminal ánodo y otra igual que hace de cátodo. En general estas capas están hechas de moléculas o polímeros que conducen la electricidad. Sus niveles de conductividad eléctrica van desde los niveles aisladores hasta los conductores, y por ello se llaman semiconductores orgánicos (ver polímero semiconductor). La elección de los materiales orgánicos y la estructura de las capas determinan las características de funcionamiento del dispositivo: color emitido, tiempo de vida y eficiencia energética.

 

 

Diagrama

 

 

Principio de funcionamiento:

Se aplica voltaje a través del OLED de manera que el ánodo es positivo respecto del cátodo. Esto causa una corriente de electrones que fluye en este sentido. Así, el cátodo da electrones a la capa de emisión y el ánodo los sustrae de la capa de conducción. Seguidamente, la capa de emisión comienza a cargarse negativamente (por exceso de electrones), mientras que la capa de conducción se carga con huecos (por carencia de electrones). Las fuerzas electroestáticas atraen a los electrones y a los huecos, los unos con los otros, y se recombinan (en el sentido inverso de la carga no habría recombinación y el dispositivo no funcionaría). Esto sucede más cercanamente a la capa de emisión, porque en los semiconductores orgánicos los huecos son más movidos que los electrones (no ocurre así en los semiconductores inorgánicos). La recombinación es el fenómeno en el que un átomo atrapa un electrón. Dicho electrón pasa de una capa energética mayor a otra menor, liberándose una energía 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 en la región visible, y se observa un punto de luz en un color determinado. La suma de muchas de estas recombinaciones que ocurren de forma simultánea es lo que llamaríamos imagen.

 

 

Principio de funcionamiento

 

 

Tecnologías relacionadas:

* SM-OLED (Small-molecule OLED) Los SM-OLEDs se basan en una tecnología desarrollada por la compañía Eastman Kodak. La producción de pantallas con pequeñas moléculas requiere una deposición en el vacío de las moléculas que se consigue con un proceso de producción mucho más caro que con otras técnicas (como las siguientes). Típicamente se utilizan sustratos de vidrio para hacer el vacío, pero esto quita la flexibilidad a las pantallas aunque las moléculas sí lo sean.

* PLED (Polymer Light-Emitting Diodes) Los PLEDs o LEPs (Light-Emitting Polymers) han sido desarrollados por la Cambridge Display Technology. Se basan en un polímero conductivo electroluminiscente que emite luz cuando le recorre una corriente eléctrica. Se utiliza una película de sustrato muy delgada y se obtiene una pantalla de gran intensidad de color que requiere relativamente muy poca energía en comparación con la luz emitida. El vacío, a diferencia de los SM-OLED, no es necesario y los polímeros pueden aplicarse sobre el sustrato mediante una técnica derivada de la “impresión de rayo comercial” (llamada inkjet en inglés). El sustrato usado puede ser flexible, como un plástico PET. Con todo ello, los PLEDs pueden ser producidos de manera económica.

* TOLED (Transparent OLED) Los TOLEDs usan un terminal transparente para crear pantallas que pueden emitir en su cara de delante, en la de atrás, o en ambas consiguiendo ser transparentes. Los TOLEDs pueden mejorar enormemente el contraste con el entorno, haciendo mucho más fácil el poder ver las pantallas con la luz del sol.

* SOLED (Stacked OLED) Los SOLEDs utilizan una arquitectura de píxel novedosa que se basa en almacenar subpíxeles rojos, verdes y azules, unos encima de otros en vez de disponerlos a los lados como sucede de manera normal en los CRTs y LCDs. Las mejoras en la resolución de las pantallas se triplican y se realza por completo la calidad del color.

 

 

Ejemplo Oled

 

 

Implementación en matrices:

A parte de las tecnologías anteriores, las pantallas OLED pueden ser activadas a través de un método de conducción de la corriente por matriz que puede tener dos esquemas diferentes y da lugar a las tecnologías PMOLED y AMOLED.

* PMOLED (Passive-matrix OLED) Los PMOLEDs tienen pistas de cátodos, pistas de ánodos (perpendiculares a las de cátodos) y en el intermedio capas orgánicas. Las intersecciones entre cátodos y ánodos componen los píxels donde la luz se emite. Una circuitería externa aplica corriente a las pistas adecuadas, determinando qué píxeles se encenderán y cuáles permanecerán apagados. Nuevamente, el brillo de cada píxel es proporcional a la cantidad de corriente aplicada, que se distribuye de manera uniforme en todos los píxeles (N píxeles alimentados cada uno con 1/N de la corriente aplicada). Los PMOLEDs son fáciles de construir, pero consumen más potencia que otros tipos de OLEDs, principalmente debido a la potencia necesaria para la circuitería externa y el consumo que requiere la iluminación variable de los píxels. Los PMOLEDs son los más eficientes para visualizar texto e iconos, y adquieren su mejor funcionamiento en dimensiones más pequeñas de 2” o 3” de diagonal, o con menos de unas 100 filas. Los PMOLEDs se convierten así en los más adecuados para aplicaciones de pequeñas pantallas, como las que se encuentran en teléfonos móviles, PDAs y reproductores MP3. Además, los PMOLEDs consumen menos batería que los actuales LCDs que se están usando en estos dispositivos.

* AMOLED (Active-matrix OLED) Los AMOLEDs tienen capas completas de cátodo, moléculas orgánicas y de ánodo. Sobre la capa de ánodo se sobrepone una matriz de transistores de película fina (Thin Film Transistor, TFT). La matriz TFT es la circuitería que determina qué píxeles encender para formar la imagen. Los AMOLEDs consumen menos potencia que los PMOLEDs porque la matriz TFT requiere menos potencia que una circuitería externa. Así, los AMOLEDs son más eficientes y consiguen tener unas velocidades de refresco más rápidas, ideales para vídeo. Las mejores aplicaciones donde se sitúan los AMOLEDs son monitores de ordenador, grandes pantallas de televisión y, si el precio es permisivo, grandes carteles electrónicos.

 

Principales ventajas:

 

Los OLEDs ofrecen muchas ventajas en comparación con los LCDs, LEDs y pantallas de plasma.

Más delgados y flexibles. Por una parte, las capas orgánicas de polímeros o moléculas de los OLEDs son más delgadas, luminosas y mucho más flexibles que las capas cristalinas de un LED o LCD. Por otra parte, en algunas tecnologías el sustrato de impresión de los OLEDs puede ser el plástico, que ofrece flexibilidad frente a la rigidez del cristal que da soporte a los LCDs o pantallas de plasma.

Más económicos, en el futuro. En general, los elementos orgánicos y los sustratos de plástico serán mucho más económicos. También, los procesos de fabricación de OLEDs pueden utilizar conocidas tecnologías de impresión de tinta (en inglés, conocida como inkjet), hecho que disminuirá los costes de producción.

Más brillo y contrastes. Los píxeles de OLED emiten luz directamente. Por eso, respecto a los LCDs posibilitan un rango más grande de colores, más brillo y contrastes, y más ángulo de visión.

Menos consumo de energía. Los OLEDs no necesitan la tecnología backlight, es decir, un elemento OLED apagado realmente no produce luz y no consume energía, a diferencia de los LCDs que no pueden mostrar un verdadero “negro” y lo componen con luz consumiendo energía continuamente. Así, los OLEDs muestran imágenes con menos potencia de luz, y cuando son alimentados desde una batería pueden operar largamente con la misma carga.

Más escalabilidad y nuevas aplicaciones. La capacidad futura de poder escalar las pantallas a grandes dimensiones hasta ahora ya conseguidas por los LCDs y, sobre todo, poder enrollar y doblar las pantallas en algunas de las tecnologías OLED que lo permiten, abre las puertas a todo un mundo de nuevas aplicaciones que están por llegar.

 

Desventajas y problemas actuales:

Tiempos de vida cortos. Las capas OLED verdes y rojas tienen largos tiempos de vida, sin embargo la capa azul no es tan duradera, actualmente tienen una duración cercana a las 14.000 horas (8 horas diarias durante 5 años), este periodo de funcionamiento es mucho menor que el promedio de los LCD que dependiendo del modelo y del fabricante pueden llegar a las 60.000 horas. Toshiba y Panasonic han encontrado una manera de resolver este problema con una nueva tecnología que puede duplicar la vida útil de la capa responsable del color azul, colocando la vida útil por encima de la promedio de la de las pantallas LCD. Una membrana metálica ayuda a la luz a pasar desde los polímeros del sustrato a través de la superficie del vidrio mas eficientemente que en los OLEDs actuales. El resultado es la misma calidad de imagen con la mitad del brillo y el doble de la vida útil esperada. En el 2007, PLEDs experimentales pudieron sostener 400 cd/m² en brillo por mas de 198.000 horas para OLEDS verdes y 62.000 para los azules.

Proceso de fabricación caro. Actualmente la mayoría de tecnologías OLED están en proceso de investigación, y los procesos de fabricación (sobre todo inicialmente) son económicamente elevados, a no ser que se apueste por un diseño que se utilice en economías de escala.

Agua. El agua puede fácilmente estropear permanentemente los OLEDs.

Impacto medioambiental. Los componentes orgánicos (moléculas y polímeros) se ha visto que son difíciles de reciclar (alto coste, complejas técnicas). Ello puede causar un impacto al medio ambiente muy negativo en el futuro. En la actualidad existen investigaciones para desarrollar una nueva versión del LED orgánico que no sólo emita luz, sino que también recoja la energía solar para producir electricidad. De momento no hay ninguna fecha para su comercialización, pero ya se está hablando de cómo hacerlo para su fabricación masiva. Con esta tecnología se podrían construir todo tipo de pequeños aparatos eléctricos que mediante su propio display se podrían autoabastecer de energía.

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