1.-Introducción sus contribuciones en polímeros conductores. Es obligado

1.-Introducción

En
el presente documento se desarrollará una explicación detallada
acerca de la tecnología OLED. He elegido este tema debido a que esta
tecnología, se está desarrollando a pasos agigantados ya que
presenta novedosas aplicaciones, las cuales hace algunos años eran
prácticamente imposibles. Ahora son posibles con esta tecnología,
se abarcará las ventajas presentadas con esta nueva tecnología y
las desventajas que esta presenta, aparte de la explicación de cómo
funcionan dichos elementos, con su respectiva clasificación y las
diferentes aplicaciones que esta tecnología presenta en la
actualidad, además de sus respectivas ventajas y desventajas.

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2.-Historia del OLED

Los
materiales orgánicos han sido considerados tradicionalmente como
aislantes hasta que a finales de los años 50
por Bernanose y sus colaboradores, se
demostró una débil conductividad eléctrica en moléculas
orgánicas. La situación cambió cuando, en 1977, Chiang
descubrieron un significativo aumento de 11 órdenes de magnitud en
la conductividad eléctrica de un polímero al introducir un halógeno
en poliacetileno. Un nuevo término, el de “semiconductor
orgánico”, que se utiliza con frecuencia hoy en día, fue acuñado
específicamente para esta nueva clase de materiales conductores.
Este descubrimiento, llevó a Heeger, MacDarmid y Shirakawa a la
consecución del premio Nóbel de Química en el año 2000 por sus
contribuciones en polímeros conductores.

Es
obligado señalar que, ya durante los años 60, había sido referida
la

electroluminiscencia
controlada por corriente en directa a partir de un monocristal de
antraceno, en los trabajos de Pope y Helfrich y Schneider. No
obstante, por aquellas fechas, la aplicación a diodos orgánicos
emisores de luz (OLEDs) se consideraba poco realista debido al alto
voltaje de funcionamiento (mayor de 100 V para conseguir una
luminancia razonable) necesario para inyectar cargas en el cristal
orgánico. Un gran avance se produjo en 1987 cuando Tang publicaron
dispositivos bicapa basados en películas moleculares depositadas por
vapor, que consistían en una capa de transporte de huecos a base de
una diamina aromática y una capa emisora de trisaluminio, que
generaban electroluminiscencia mayor de 1000 cd/m2 para un voltaje de
operación menor de 10 V. Este diseño bicapa se ha convertido en un
hito y constituye la estructura prototipo en OLEDs. La demostración
por Burroughes, en 1990, de la electroluminiscencia en polímeros
conjugados fue decisiva para alentar la investigación y el
desarrollo en electroluminiscencia orgánica.

3.-
Estructura de OLED

3.1.-Estructura

Un
OLED está compuesto por dos finas capas orgánicas: una capa de
emisión y una 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 se encuentra entre el nivel de un
aislador y el de un conductor, y por ello se los llama
semiconductores orgánicos.

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.

Fig
1. Estructura de un OLED

3.2.-Funcionamiento

Se
aplica voltaje a través del OLED de manera que el ánodo sea
positivo respecto del cátodo. Esto causa una corriente de electrones
que fluye en sentido contrario de cátodo a ánodo. 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 electrostáticas 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
cerca de la capa de emisión, porque en los semiconductores orgánicos
los huecos se mueven más 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 de un color
determinado. La suma 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 OLED

4.-
Tipos de OLED

Puede
parecer que solo es uno el tipo de pantallas que usan OLED como
tecnología para mostrar las imágenes, pero son varias las
tecnologías que existen. Estos dispositivos tienen en común que la
película emisora de luz está compuesta por materiales orgánicos,
tanto con polímeros conductores o con moléculas pequeñas
conductoras pero cada tipo posee características diferentes como el
consumo energético, dimensiones, definición del color y estructura
de fabricación.

4.1.-
El
OLED de matriz pasiva o PMOLED

Los
PMOLED tienen tanto el cátodo como el ánodo en forma de tiras de
capas orgánicas, estas tiras están dispuestas perpendicularmente
sobre el ánodo solo siendo separadas por las capas orgánicas.

Cada
intersección de las tiras del ánodo y cátodo determina un píxel,
para poder emitir luz existe un circuito externo que suministra
corriente a cada tira independientemente de las demás esto hace que
un píxel se encienda o permanezca apagado. El brillo de cada píxel
es proporcional a la cantidad de corriente aplicada. Los PMOLED son
de fácil fabricación, pero consumen más energía que otros tipos
de OLED, esto se debe principalmente a la energía necesaria para
activar el circuito externo.

Se
ha observado que en la práctica los PMOLED son más eficientes para
el texto y los iconos pequeños por lo que son usados para teléfonos
celulares, PDA, dispositivos MP3, displays de vehículos y otras
muchas aplicaciones donde se requiera pantallas pequeñas.

Fig
3. El OLED de matriz pasiva o PMOLED

4.2.-
El OLED de matriz activa o AMOLED

Una
pantalla AMOLED tiene capas completas de cátodos, moléculas
orgánicas y ánodos, donde una matriz es formada por los
recubrimientos de la capa del ánodo y una película fina de
transistor (TFT). El transistor es el circuito que determina qué
píxeles permanecen encendidos para formar una imagen. Los AMOLED
consumen menos energía que los PMOLED, ya que el arreglo TFT consume
una pequeña cantidad de energía y elimina la necesidad de usar un
circuito externo. Además, también tienen velocidades altas de
restauración de imagen, por lo que son convenientes para vídeo. En
el campo en donde mejor se desenvuelven los AMOLED son monitores de
computadora, pantallas grandes de TV y carteleras electrónicas.

Fig
4. El OLED de matriz activa o AMOLED

4.3.-
SM-OLED
(Small-Molecule OLED)

Este
tipo de OLED se basa en una tecnología desarrollada por la compañía
Eastman Kodak. Al hablar de moléculas pequeñas, se quiere decir que
la manipulación de éstas es muy frágil y no pueden tener una
consistencia estable sin un soporte que lo sostenga, de ahí que
deban prepararse mediante un proceso de encapsulado. La producción
de pantallas con moléculas pequeñas requiere una deposición al
vacio de éstas que se consigue mediante un proceso de producción
económicamente costoso comparado con otras técnicas. Usualmente se
utilizan sustratos de vidrio para poder hacer el vacio causando
limitaciones en su flexibilidad, aunque las pequeñas moléculas sí
sean flexibles.

Características:

? Consumo
energético menor a los LEDs convencionales.

? La
luz proporcionada es más brillante, haciendo que los colores sean
más vivos.

? Las
dimensiones de este tipo de pantallas OLED son relativamente pequeñas
ya que la fabricación es compleja y el coste es alto.

? Su
flexibilidad es limitada ya que el sustrato donde se deposita posee
flexibilidad casi nula, aunque las propias moléculas sean flexibles.

4.4.-
PLED
(Polymer LED)

Los
PLEDs han sido desarrollados por la Cambridge Display Technology. Se
basan en un polímero conductivo electroluminiscente que emite luz
cuando recorre una corriente eléctrica por sus terminales. Se
utiliza una película de sustrato muy delgada y se obtiene una
pantalla de gran intensidad de color que requiere muy poca energía
en comparación con la luz emitida. A diferencia de los SM-OLED, el
vacio no es necesario y los polímeros pueden aplicarse sobre el
sustrato mediante una técnica derivada de la impresión de tinta
comercial, llamada inkjet. Los PLED pueden ser producidos de manera
económica y el sustrato utilizado puede ser flexible, como un
plástico PET (Tereftalato
de polietileno)
.

Características:

? Consumo
energético menor a los SM-OLEDs. Necesita poca energía para
proporcionar una cantidad de luz brillante e intensa.

? Sus
dimensiones pueden ser elevadas. Posibilidad de hacer hojas grandes
del material y adecuadas para displays de pantalla grande.

? Los
polímeros conductores y electroluminiscente son más fáciles de
fabricar y su coste es menor que el del SM-OLED.

? Tiene
posibilidad de ser flexible, si el sustrato donde se deposite tiene
esa propiedad. Para este tipo de OLED el sustrato puede ser plástico
ya que no necesita 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 que
permiten el paso de la luz a través de ellos (ánodo, cátodo y
sustrato). Cuando la pantalla TOLED está apagada, proporciona hasta
un 85% de transparencia y cuando esta activada, son capaces de emitir
luz por su cara anterior, posterior o por ambas. Los TOLEDs heads-up
(pantalla de visualización frontal) puede mejorar mucho el
contraste, por lo que es mucho más fácil ver la muestra de la
tecnología sunlight (dispositivos implementados con sustrato
antirreflejante eliminando molestos reflejos causados por la luz del
sol), la cual permite la transparencia. Los TOLEDs también están
construidos de acuerdo con su aplicación 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 con la opción de ser flexible o no.

? Su
consumo energético es relativamente más alto que los anteriores
tipos de OLED.

? Sus
dimensiones pueden ser relativamente grandes, como ventanas o
pequeños carteles para camisetas.

? El
contraste de luz es mucho mejor que cualquier otro tipo ya que cuenta
con la 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 en
almacenar subpíxeles rojos, verdes y azules con transparencias, unos
encima de otros en vez de disponerlos a los lados como sucede de
manera normal en los TRC y LCD. El SOLED permite escalas de
intensidad, color y escala de grises, para ajustar independiente para
alcanzar la máxima intensidad y calidad de color. Las mejoras en la
resolución de las pantallas se triplican y se realza por completo la
calidad del color.

4.7.-
FOLED (Flexible OLED)

Este
tipo de OLED se caracteriza por su flexibilidad. Está fabricado con
un sustrato metálico o plástico muy flexible, ligero y duradero. Su
estructura también contiene un empaquetado y encapsulado que protege
al OLED de los efectos degradantes del agua y el oxígeno. Esta capa
está sellada al dispositivo mediante una resina epoxi ultravioleta
con el fin de que este material pueda absorber agua o sustancias
residuales que quieran atravesarlo. Los FOLED están construidos
sobre películas plásticas ópticamente claras y hojas metálicas y
flexibles pero los sustratos flexibles utilizados, imponen
dificultades de temperatura o degradación. Sin embargo, los
sustratos metálicos más flexibles proporcionan mejores resultados
en rendimiento, variabilidad de temperatura y rentabilidad. Este tipo
de OLED se puede utilizar para aplicaciones como teléfonos móviles
o confección de ropa “inteligente”· Esta tecnología aun está
en desarrollo por la complejidad de
encontrar materiales acorde con sus características.

Características:

? Su
estructura posee materiales flexibles.

? Su
consumo energético es menor que un LED convencional pero los
materiales no son muy resistentes con respecto a su funcionamiento.

? Sus
dimensiones son pequeñas ya que de momento, a causa de sus
materiales, 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 capas
contiguas o superpuestas correspondientes a los colores primarios:
rojo, verde y azul; que en su conjunto forman un pixel. Para formar
el color blanco del pixel, las capas RGB deben estar a máxima
potencia, así, a partir de la mezcla aditiva de colores, se formará
un color blanco más brillante, más uniforme y más eficiente
energéticamente que la emitida por luz fluorescente. Los WOLEDs
pueden fabricarse en grandes placas, pudiendo sustituir las luces
fluorescentes que se utilizan actualmente para uso cotidiano en los
hogares y edificios. También, su uso podría reducir parcialmente
los costes de energía para el alumbrado urbano.

Características:

? 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
emitida por las luces fluorescentes.

? Se
puede construir en grandes hojas, pudiendo sustituir las luces que
cotidianamente se usan.

?
La
luz emitida es más brillante y
más uniforme. La calidad del blanco es de color verdadero.

5.-
Ventajas y Desventajas

5.1.-
Ventajas

Las
principales ventajas que presenta esta tecnologia es el bajo consumo
de energia y la flexibilidad que esta presenta, es decir, son
totalmente maleables y pueden adopter cualquir forma, pero a mas de
estas ventajas, se presentan las siguientes:

5.1.1.-
Más delgados y flexibles

Por
una parte, las capas orgánicas de polímeros o moléculas de los
OLED 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 OLED puede ser el
plástico, que ofrece flexibilidad frente a la rigidez del cristal
que da soporte a los LCDs o pantallas de plasma.

5.1.2.-
Más
económicos
En
general, los elementos orgánicos y los sustratos de plástico serán
mucho más económicos. También, los procesos de fabricación de
OLED pueden utilizar conocidas tecnologías de impresión de tinta
(en inglés, conocida como inkjet),
hecho que disminuirá los costes de producción.

5.1.3.-
Brillo
y Contraste

Los
píxeles de OLED emiten luz directamente. Por eso, respecto a los
LCDs posibilitan un rango más grande de colores y contraste.

5.1.4.-
Menos
consumo
Los
OLED no necesitan la tecnología backlight,
es decir, un elemento OLED apagado realmente no produce luz y no
consume energía, a diferencia de los LCD que no pueden mostrar un
verdadero “negro” y lo componen con luz consumiendo energía
continuamente. Así, los OLED muestran imágenes con menos potencia
de luz, y cuando son alimentados desde una batería pueden operar
largamente con la misma carga.

5.1.5.-
Más
escalabilidad y nuevas aplicaciones

La
capacidad futura de poder escalar las pantallas a grandes dimensiones
hasta ahora ya conseguidas por los LCD 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.

5.1.6.-
Mejor
visión bajo ambientes iluminados

Al
emitir su propia luz, una pantalla OLED, puede ser mucho mas visible
bajo la luz del sol, que una LCD.

5.2.-
Desventajas

Aunque
las ventajas que presenta esta tecnología son grandes desde
cualquier punto de vista, también presenta desventajas sumamente
grandes, por el hecho de ser elementos orgánicos, lo que ocasiona
dichas desventajas, siendo estas:

5.2.1.-
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.

5.2.2.-
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.

5.2.3.-
Agua

El
agua puede fácilmente estropear en forma permanente los OLED, ya que
el material es orgánico, su exposición al agua, tiende a acelerar
el proceso de biodegradación, es por esto que el material orgánico
de una OLED, suele venir protegido, y aislado del ambiente, por lo
que la pantalla es totalmente resistente a ambientes húmedos..

5.2.4.-
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.

5.2.5.-
Problemas de equilibrio con los colores

El
material utilizado para producir OLED de color azul claro degrada
mucho más rápidamente que los materiales que producen otros
colores, por lo que el usuario cada vez que note estos desequilibrios
tendrá que ajustar con el mando del elemento los colores para
acceder a una calidad de imagen optima, por lo que el confort se ve
disminuido y esto para el usuario es lo mas importante al momento de
adquirir un objeto.

6.- Ámbitos de aplicación

6.1.-
Aplicaciones
domesticas

Las
aplicaciones domésticas son las más comunes para el uso de los
dispositivos OLED. Se podría decir que, ya que son dispositivos
emisores luz, su función es la de iluminar y para ello se fabrican
luminarias principalmente de luz blanca. En este campo, también es
común la fabricación de todo tipo de pantallas, ya sea a pequeña
escala, como las pantallas de móvil, o a gran escala, como pantallas
de televisor. Como por ejemplo:

-Televisores
Samsung OLED

-Luminarias
OLED.

Varias
compañías utilizan este tipo de diodos para crear una nueva
generación de bombillas y sistemas de iluminación. El rendimiento y
el brillo de estas bombillas es mayor que la de cualquier bombilla
incandescente o fluorescente y, además, gracias a su estructura y
grosor, se pueden aplicar a las industrias textiles, electrónica de
consumo, muebles o decoración.

Una
de las ideas más interesantes es la llamada “ventana
transparente”. La estructura actuaría como un vidrio de cualquier
ventana durante el día permaneciendo totalmente transparente,
mientras que cuando oscurece, la ventana se ilumina y actúa como una
potente luminaria.

Fig
6. Ventana Transparente

Aunque
esta idea puede tener un futuro prometedor, estas compañías están
intentando mejorar el prototipo en aspectos como el aislamiento
térmico y sonoro.

6.2.-
Aplicaciones
automovilísticas

Los
dispositivos OLED aplicados al área automovilística, principalmente
se centran en la iluminación exterior e interior de forma
decorativa, es decir, la luces principales de iluminación (posición,
corta y larga distancia) no son compatibles con estos dispositivos.
Como por ejemplo:

? Sistemas
de iluminación, Audi

La
fábrica automovilística alemana Audi, ha desarrollado un sistema de
iluminación basado en la tecnología OLED. Consiste un panel
completo de este tipo de LED adherido a la carrocería del coche
adaptándose a su forma y capaz de convertirse en una fuente de luz
decorativa. Debido a su reducido grosor permite la superposición de
varias capas para producir un efecto de colores mixtos, pudiéndose
incluso alcanzar el color blanco y consiguiéndose un aspecto visual
homogéneo. Esta característica no sería posible utilizando un
sistema de LEDs actual.

Fig
7. Decoración OLED exterior de Audi.

7.-
Conclusión

Al
realizar este documento, se
ha podido llegar a las siguientes conclusiones:

-La
tecnología OLED esta desplazando poco a poco a las tecnologías
actuales como son la LCD y Plasma.

-La
investigación realizada en esta tecnología presenta grandes costos
de dinero y el impacto ambiental que produce es grave, por lo que se
ve complicada su utilización si no se encuentra una solución
inmediata a este problema.

-Los
costos para poder adquirir esta tecnología son elevados, a pesar de
ser materiales de bajo costo, la manufactura de los mismos presenta
un alto costo.

-El
funcionamiento de la tecnología OLED es relativamente sencillo y de
fácil comprensión, por lo que en un futuro representara una plaza
muy buena de trabajo y de extraordinaria remuneración económica.

8.-
Bibliografía

-http://www.monografias.com/trabajos96/pantallas-oled/pantallas-oled.shtml#tiposdeola

-https://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_org%C3%A1nico_de_emisi%C3%B3n_de_luz

-https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/29012/Memoria.pdf

-http://www.monografias.com/trabajos-pdf4/la-tecnologia-oled/la-tecnologia-oled.pdf

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