DISPOSITIVOS ORGANICOS FOTOEMISIVOS - OLED
UNA NUEVA TECNOLOGIA

En la reciente Exposición de Electrónica de Consumo, en Las Vegas, se dió a conocer una nueva tecnología que promete introducir importantes mejoras en la construcción y el rendimiento de los displays usados en las más variadas aplicaciones, como por ejemplo pantallas de teléfonos celulares, cámaras digitales, equipos para automóviles y muchos otros donde tamaño, peso y consumo son cosideraciones de máxima prioridad.

¿QUE ES EL OLED?

Las siglas OLED significan Organic Light Emitting Device = Dispositivo Orgánico Fotoemisivo, y se refieren a una tecnología recientemente desarrollada y aplicada por varias empresas mundiales, entre ellas Kodak, Sanyo, Philips, Sony, Samsung, Pioneer, BTG, Universal Display y otras. En el incipiente mercado de hardware que usa dispositivos OLED se destacan Pioneer con el 40% y Sanyo con el 33%.

Un dispositivo OLED está basado en una serie de películas orgánicas muy delgadas que son apiladas entre dos electrodos, una opaca y otra transparente. Cuando se aplica una polarización a estas capas de películas mediante los dos electrodos, las mismas son excitadas para emitir una luz brillante en un efecto conocido como electroluminiscencia. A pesar de usar varias capas de película, el espesor del conjunto es muy reducido, generalmente menor a 500 nanómetros (0.5 milésimas de milímetro) debido a que cada capa apenas posee un espesor de un micrón (m). En la Figura 1 vemos un aspecto esquemático de la estructura de una celda OLED.

En algunos textos se encuentra otro tipo de representación gráfica que se observa en la Figura 2. En esta Figura se destaca la composición de los diferentes componentes del display OLED, a saber:

  1. El cátodo metálico de aluminio (Al) y oro (Au)
  2. El encapsulado de EB y SPAN, que son tipos de ésteres, principalmente ésteres de sorbitan
  3. Los fósforos de PP y V
  4. El ánodo de Óxidos de Indio y Estaño (ITO)
  5. El substrato transparente de vidrio

Los dispositivos OLED pueden usarse en función de displays con importantes ventajas con respecto a otros tipos de display, como LCD (Liquid Cristal Display = Display de Cristal Líquido), paneles de Plasma y otros. No solo permiten la construcción de displays muy compactos, delgados y livianos, también poseen un ángulo de visión de unos 160 grados y funcionan con una tensión de solo 2 a 10 volts. Se destaca su mayor brillo, mayor velocidad en la respuesta ante escenas en movimiento, peso sumamente reducido, mayor duración y mayor rango de temperaturas de funcionamiento.

El OLED funciona mediante la acción combinada de la capa que inyecta las lagunas, otra que transporta las lagunas y una tercera que emite luz en concordancia con las señales aplicadas. Otra capa completa el circuito al transportar electrones e inyectar electrones. Al aplicar las tensiones correctas, las cargas se combinan y producen luz en un proceso de electroluminiscencia. Se destaca el hecho que el OLED genera luz y por lo tanto no depende de una fuente de luz adicional como muchos dispositivos LCD.

Se producen dos tipos de displays OLED: de Matriz Pasiva y de Matriz Activa.

 
EL OLED DE MATRIZ ACTIVA
El OLED de matriz activa posee un respaldo con electrónica integrada, lo que permite su uso en displays de alta resolución y gran monto de información. Este display puede construirse debido al desarrollo de una tecnología de poli siliconas (PolySi) que posee alta movilidad y permite transistores de película delgada (TFT = Thin Film Transistor), de alta corriente y gran rapidez de conmutación. Las ventajas principales de este tipo de construcción son las siguientes:
  • Baja tensión y bajo consumo
  • Alta resolución
  • Superficies grandes
  • Diseño robusto de los pixels
  • Drivers integrados incorporados

En un display de matriz activa se usa una construcción patentada que se observa en la Figura 3.

Los números de esta figura significan las siguientes funciones y componentes:

  1. Substrato transparente y flexible de vidrio
  2. Cátodo metálico
  3. Fuente de tensión (2 a 10 volt)
  4. Capa de transporte de electrones
  5. Capa de transporte de lagunas
  6. Emisores orgánicos
  7. Salida de luz
  8. Anodo ITO

Las siglas ITO se refieren a la composición química del ánodo que es de Indium-Tin-Oxide = Óxidos de Indio y Estaño. Otro material usado extensamente es el PPLN (periodically-poled lithium niobate = niobato de litio de polarización periódica) y otras estructuras cristalinas de ingeniería microscópica. Este tipo de construcción permite activar y desactivar cada píxel por separado ya que su actividad depende únicamente de su transistor TFT y capacitor asociado. Debido a que el OLED es un dispositivo emisivo, el factor de apertura no es crítico en contraste con el LCD, donde la luz debe atravesar una apertura adicional.

Todo esto implica que no existen límites de cantidad de pixels, de resolución ni de tamaño del display. Además, al existir los transistores TFT, una falla eventual de uno de ellos solo se manifiesta como punto oscuro y no como punto o línea brillante como en el LCD. Asimismo, la incorporación de los circuitos de barrido en la base con circuitos PolySi elimina la necesidad de costosos conectores y circuitos auxiliares.

 
EL OLED DE MATRIZ PASIVA
El OLED de matriz pasiva posee una estructura simple y es muy indicado para displays alfanuméricos de bajo contenido pictórico y costo reducido. El dispositivo es formado mediante la interconexión de conductores de ánodo y cátodo de un conjunto de celdas OLED. En la Figura 4 vemos un aspecto constructivo de esta variante. En esta Figura se aprecia la construcción de “base y pilar” de la celda OLED mediante un proceso de preformado. Este proceso permite una producción en masa a bajo costo y de cualquier tamaño comercial.

Para la excitación de este panel se necesita un circuito de excitación externo que contiene todas las etapas de barrido y video necesarios. Se generan señales de sincronismo para filas y columnas y también la señal de video correspondiente.

 
APLICACIONES VARIAS
Si bien la tecnología OLED fue desarrollada a comienzos de la década de 1980 por Eastman Kodak, los prototipos para las primeras aplicaciones prácticas fueron producidos en el laboratorio. Recién en los últimos años hubo una producción industrial de este producto y por lo tanto debemos presentar en este sector tanto los prototipos como los productos industriales. Encontramos entonces principalmente reemplazos de otros tipos de display, como LCD, en aplicaciones que exigen mayor brillo, mayor rapidez de respuesta, menor espesor y menor peso y que al mismo tiempo ofrecen menor potencia y consumo, mayor contraste y menor costo de fabricación. Las agendas personales y los teléfonos celulares son casos típicos de estas primeras aplicaciones.

Sin embargo, existen también otras aplicaciones que hacen uso de la flexibilidad de los OLED y abren un nuevo campo en los productos de electrónica de consumo. En las figuras 5 y 6 vemos algunas de estas aplicaciones, varias con conceptos totalmente nuevos. Así podemos apreciar en este orden de presentación: un display liviano, de contornos libres de definir, muy liviano e irrompible, un display dentro del automóvil que se adapta a los contornos internos del vehículo, una tarjeta de crédito con una pantalla incorporada y un display que se puede transportar enrollado para desplegarlo cuando sea necesario.

Estas aplicaciones se están ya incorporando en productos comerciales que están llegando poco a poco a manos del público. Muchos usuarios notarán la presencia de productos de tecnología OLED solo por el hecho de poder leer con mayor claridad las leyendas que aparecen en su pantalla.

Se conocen por ahora las siguientes variantes de OLED:

  • Transparent OLED (TOLED)
  • Flexible OLED (FOLED)
  • Passive and Active Matrices
  • Vertically Stacked, High Resolution OLED (SOLED)
  • Organic Vapor Phase Deposition (OVPD)
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
  • VENTAJAS
  • Diseño robusto que permite su uso en dispositivos portátiles, como teléfonos celulares, cámaras de video digitales, reproductores de DVD, radio del automóvil y agendas personales.
  • Ángulo de visión de160 grados, aún con iluminación ambiental intensa.
  • Alta resolución. La solución ideal para presentaciones de video y multicolor. Permite activar cada píxel en forma individual.
  • Reducido espesor. Permite el “Papel Electrónico” flexible de solo 2 mm de espesor.
  • Ventajas de Producción. El proceso industrial del OLED es de 20% a 50% más económico que el del LCD. Una futura producción en masa vislumbra la producción de circuitos integrados en un proceso similar al de los diarios en lugar de “chips”.
  • Capacidad de Video. Los OLED permiten el uso de flujos de video con la consiguiente perspectiva revolucionaria en el campo de los teléfonos celulares y agendas personales.
  • Contenido de Hardware. El OLED es más liviano y rápido que el LCD y no necesita lámparas, polarizadores ni difusores adicionales. Se puede fabricar con materiales plásticos y es flexible.
  • Consumo. El OLED funciona con solo 2 a 10 volts.
  • DESVENTAJAS
  • Dificultades de Ingeniería. Aún existen algunos problemas en la fabricación de dispositivos OLED. Si bien fueron introducidos en forma comercial en displays alfanuméricos para teléfonos celulares y radio del automóvil, en una producción masiva existen aún problemas serios.
  • Confiabilidad de los Colores. Los colores no poseen aún un rendimiento perfecto y uniforme. Después de un mes de uso, los colores se van debilitando en forma despareja. Rojos y azules se debilitan primero, dejando una pantalla muy verdosa. Se estima una vida útil de 100.000 horas para verde, 30.000 para rojo y 1000 para azul. Este rendimiento no es aún aceptable para monitores de PC, de escritorio, ni de Notebook.
  • La competencia con displays LCD. Desde su introducción en el mercado en 1963, los displays LCD fueron alcanzando una popularidad creciente y en los últimos veinte años se transformaron en una industria multibillonaria. Es muy probable que los actuales fabricantes de los mismos tratarán de mejorar los actuales productos antes de abandonar esta línea y cambiar a dispositivos OLED. Poder competir en pie de igualdad exigirá de los fabricantes de OLED un producto definitivamente superior y una constante inversión de investigaciones.
Resumiendo podemos expresar en una definición simple, rápida pero somera que el LCD es un modulador de luz que necesita una fuente de luz externa para su funcionamiento, mientras que el dispositivo OLED genera su propia luz. Ambas variantes tienen vastas posibilidades de aplicación y por lo tanto no son necesariamente rivales, si bien existen también aplicaciones que pueden ser cubiertos por cualquiera de los dos y en estos casos se manifiestan eventuales diferencias en calidad y precio.
 
CONCLUSIONES
La presentación digital no solo puede sorprendernos con sus productos directamente afectados por esta tecnología, sino también por los avances que la acompañan en los accesorios y componentes secundarios y la tecnología de avanzada usada para su fabricación.

El Autor y la Editorial desean expresar su agradecimiento a todas las empresas que permitieron el uso de las imágenes de sus productos y procesos de fabricación.

 
Autor: Egon Strauss
 
FIGURA 1
 
FIGURA 2
 
FIGURA 3 - 4
 
FIGURA 5
 
FIGURA 6
 
PROMOCIONES
 
 
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