Diodos emisores de luz orgánicos | 8 ventajas y desventajas

DIODO ORGÁNICO EMISOR DE LUZ

Contenido

¿Qué es un OLED? | ¿Qué significa led?

Un OLED es una abreviatura de diodos emisores de luz orgánicos. Básicamente es un tipo de diodo emisor de luz o LED que tiene una capa electroluminiscente emisora ​​que actúa como una película de compuestos orgánicos y se encarga de emitir luz cuando se aplica una corriente eléctrica. Hoy en día, los LED orgánicos se utilizan ampliamente para desarrollar pantallas digitales en varios dispositivos como televisores, monitores, teléfonos, dispositivos de juego portátiles, relojes inteligentes, etc. Los diodos emisores de luz orgánicos también se incorporan en los dispositivos de iluminación de estado sólido.

led u oled organicos
Un diodo emisor de luz orgánico o un televisor OLED. Fuente de la imagen: Steve Liao - https://www.flickr.com/photos/steveliao/2089119570/
La Sony XEL-1 televisión, la primera OLED TV (comercializado entre 2007 y 2010).
CC BY-SA 2.0

¿Cómo se construyen los OLED?

Un diodo emisor de luz orgánico general comprende una hoja de materiales orgánicos depositados sobre un sustrato, que se coloca entre el cátodo y el ánodo. La deslocalización de los electrones pi debido a la conjugación sobre una parte de la molécula completa, lo que resulta en que las moléculas orgánicas se vuelvan conductoras eléctricamente. Estos materiales se comportan como semiconductores orgánicos ya que su conductividad se encuentra típicamente entre la de los aisladores y los conductores. En estos materiales, el papel de las bandas de valencia y conducción de los semiconductores inorgánicos lo desempeñan los orbitales moleculares más bajos desocupados y los más altos ocupados (LUMO y HOMO).

Inicialmente, los diodos emisores de luz orgánicos de polímero se diseñaron para tener una sola capa orgánica. Sin embargo, hoy en día se pueden desarrollar LED orgánicos multicapa que tienen dos o más capas para mejorar la eficacia del dispositivo. Junto con el número de capas, el tipo de material utilizado para ayudar a la inyección de carga en los electrodos también es importante en el funcionamiento final del dispositivo.

La propiedad conductora del material utilizado decide si habría un flujo electrónico más gradual, o un bloqueo de carga o una resistencia por viajar al electrodo opuesto y quedar sin explotar. La sustancia se elige en función de las propiedades del material, como la conductividad eléctrica, la transparencia óptica y la estabilidad química. Hoy en día, los LED orgánicos tienen una estructura bicapa simple que comprende una capa emisora ​​y una capa conductora. Según la estructura química del material, el emisor puede ser fluorescente o fosforescente.

Estructura orgánica de diodos emisores de luz. Fuente de imagen; AMOLED.png: www.universaldisplay.com trabajo derivado: Pedro Spoladore (hablar), AMOLED-esCC BY-SA 3.0

¿Cómo funciona un diodo emisor de luz orgánico?

Cuando comienza la operación, se aplica una diferencia de potencial a través del diodo emisor de luz orgánica. El ánodo se mantiene a un potencial más alto con respecto al cátodo. El material del ánodo se basa en propiedades del material tales como conductividad eléctrica, transparencia óptica y estabilidad química. El orbital molecular desocupado más bajo de la capa orgánica (en el cátodo) recibe los electrones inyectados y el orbital molecular ocupado más alto (en el ánodo) retira los electrones o, en otras palabras, inyecta pares de electrones y huecos. En los semiconductores orgánicos, los huecos son comparativamente más móviles que los electrones. Por lo tanto, la recombinación de electrones y huecos en un excitón ocurre más cerca de la capa emisora.

Esto da como resultado la desintegración de un estado excitado que conduce a la emisión de radiaciones que tienen una longitud de onda dentro del espectro visible. La longitud de onda o frecuencia precisa de la radiación emitida se determinará por la banda prohibida del material, es decir, la diferencia en los niveles de energía de HOMO y LUMO. En el caso de emisores fosforescentes, los excitones (singletes y tripletes) decaen radiativamente. Sin embargo, en el caso de los emisores fluorescentes, los tripletes no emiten luz. Estos emisores fluorescentes poseen una eficiencia intrínseca máxima del 25% únicamente. Sin embargo, los emisores fosforescentes (particularmente los de longitud de onda corta {azul}) tienen una vida útil menor en comparación con los emisores fluorescentes.

Los fermiones de huecos de electrones generados tienen un espín medio entero. Los excitones pueden existir en estados singlete o triplete basados ​​en la combinación de diferentes espines de electrones y huecos. Para cada excitón singlete, se forman tres excitones triplete. La desintegración del estado triplete (predominante en fosforescente) prohíbe el giro y, por lo tanto, aumenta el tiempo de transición. Los diodos emisores de luz orgánicos fosforescentes facilitan el cruce entre sistemas desde los estados triplete y singlete mediante el uso de interacciones espín-órbita. Esto mejora la eficiencia interna. Hoy en día, los diodos emisores de luz orgánicos se utilizan ampliamente para desarrollar pantallas digitales en varios dispositivos como televisores, monitores, teléfonos, dispositivos de juego portátiles, relojes inteligentes, etc. Los diodos emisores de luz orgánicos también se incorporan en dispositivos de iluminación de estado sólido.

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Esquema de diodos emisores de luz orgánicos - 1. Cátodo, 2. Capa emisora, 3. Emisión de radiación, 4. Capa conductora, 5. Ánodo Fuente de la imagen: Diodo emisor de luz orgánico Rafał Konieczny, Esquema OLEDCC BY-SA 3.0

¿Cuál es el espectro de emisión de los OLED?

La longitud de onda de la radiación emitida depende del tipo de material utilizado y del número de capas del material. La energía de la radiación es igual a la banda prohibida del material, es decir, la diferencia en los niveles de energía del HOMO y LUMO. La emisión final o total de un diodo emisor de luz orgánica se puede ajustar virtualmente para representar cualquier color dado, incluidos el blanco y el negro. La temperatura de color también se puede variar mediante el ensamblaje de numerosas combinaciones diferentes de capas en un solo dispositivo. Las capas orgánicas son típicamente transparentes en el rango espectral visible. Generalmente, para lograr resultados óptimos de combinación de colores, los diodos emisores de luz orgánicos están equipados con tres capas de colores diferentes, a saber: RGB (rojo, verde y azul).

¿Qué son los OLED invertidos?

En el caso de Diodos Emisores de Luz Orgánicos invertidos, el ánodo posicionado sobre el sustrato, lo cual es contrario a la estructura LED Orgánica convencional. En un diodo emisor de luz orgánico invertido, el cátodo está conectado al extremo de drenaje de un canal n. Se utiliza en el desarrollo de dispositivos con pantallas AMOLED.

Diodos emisores de luz orgánicos
Teléfonos AMOLED. Diodo emisor de luz orgánico Fuente de imagen: Samsung Galaxy Note 10Pantallas OLEDCC BY-SA 4.0

¿Qué son los OLED de heterounión gradual?

En el caso de los diodos emisores de luz orgánicos de heterounión gradual, hay una reducción gradual en la fracción de huecos de electrones a los productos químicos transportadores de electrones. Esto se hace para lograr casi un 200% más de eficiencia cuántica que la estructura de diodo emisor de luz orgánica convencional.

¿Qué son los OLED apilados?

En el caso de los diodos emisores de luz orgánicos apilados, la arquitectura de píxeles utilizada coloca los subpíxeles rojo, verde y azul verticalmente uno encima del otro en lugar de una disposición horizontal uno al lado del otro. Esto conduce a un gran aumento en la profundidad de color, gama y una reducción considerable en la brecha de píxeles. Los otros métodos de visualización generalmente utilizan una disposición contigua disminuyendo la resolución potencial.

¿Cuáles son las características técnicas de un OLED convencional?

Características del diodo emisor de luz orgánico

A continuación se muestran las características técnicas de un diodo emisor de luz orgánico convencional:

Eficiencia energética180 lm / peso
Eficiencia actual40 cd / A
Eficiencia cuántica interna (Exiton / Photon)100%
Eficiencia cuántica externa (fotón iluminado / fotón formado)40%
Voltaje de funcionamiento5 - 8 V
Voltaje de inclusión3 - 9 V
Punto de vista180 °
Brillo1000 cd / m2
Comparación100:1
Life Time6 - 11 años
Rango de temperatura-40… + 50 ° C

¿Cuáles son las ventajas de los OLED?

Las ventajas de OLED

  1. Los diodos emisores de luz orgánicos son sustancias biodegradables.
  2. Los diodos emisores de luz orgánicos son comparativamente más ligeros, más delgados y más elásticos que las capas cristalinas de las pantallas de cristal líquido o los diodos emisores de luz.
  3. Los diodos emisores de luz orgánicos son muy flexibles y, por lo tanto, se pueden doblar y enrollar fácilmente según sea necesario en los expositores enrollables insertados en ciertas telas en la actualidad. La razón detrás de esto es que el sustrato usado en Organic LED es polímero en lugar del vidrio usado para un LED o LCD.
  4. Los diodos emisores de luz orgánicos son comparativamente más brillantes que los diodos emisores de luz normales. La relación de contraste artificial de los LED orgánicos es mayor. Esto se debe al hecho de que las capas orgánicas de los LED orgánicos son mucho más estrechas que las capas análogas de cristal inorgánico de un LED. Además, las capas conductoras y emisoras de los LED orgánicos no utilizan vidrio (que absorbe una parte de la luz) y pueden tener un diseño de varias capas.
  5. A diferencia de una pantalla LCD, una configuración de diodo emisor de luz orgánica no requiere luz de fondo. Esto ayuda a reducir la energía o el consumo de energía de un dispositivo LED orgánico. Los LCD necesitan iluminación para ayudar a producir una imagen visible que requiere más energía, mientras que los OLED son capaces de generar su propia luz.
  6. El proceso de producción de un diodo emisor de luz orgánico es más fácil y se puede procesar en láminas grandes y delgadas. Comparativamente, es mucho más difícil producir una cantidad tan grande de capas de cristal líquido.
  7. Los diodos emisores de luz orgánicos proporcionan un ángulo de visión más amplio en comparación con los LCD. Esto se debe a que un píxel LED orgánico emite luz directamente. Los colores de los píxeles de un LED orgánico no se modifican junto con el cambio en el ángulo de observación de normal a un ángulo recto.
  8. Un diodo emisor de luz orgánica tiene un tiempo de respuesta más rápido en comparación con una pantalla LCD.

Píxel LED orgánico

El píxel de LED orgánico emite luz directamente y los colores de píxel de un LED orgánico no se desplazan junto con el cambio en el ángulo de observación de normal a un ángulo recto. Los diodos emisores de luz orgánicos proporcionan un ángulo de visión más amplio en comparación con las pantallas LCD.

La matriz Oled más grande del mundo. Luz OLED 2850 LG .jpg
La matriz de diodos emisores de luz orgánicos más grande del mundo. Fuente de imagen: LED orgánico Sebastien JurkowskiLa matriz Oled más grande del mundo. 2850 LG OLED luz CC BY-SA 4.0

¿Cuáles son las desventajas de un OLED?

Las desventajas de usar un diodo emisor de luz orgánico son

  1. La vida útil de un diodo emisor de luz orgánica es menor que la de una pantalla LCD. Las películas LED orgánicas verdes y rojas tienen una vida útil más larga de aproximadamente 46,000 a 230,000 horas; sin embargo, los LED orgánicos azules tienen una vida útil mucho más corta, hasta 13-14,000 horas aproximadamente.
  2. Las sustancias utilizadas para producir luz azul en un OLED se degradan más rápidamente que las sustancias que producen otros colores que provocan una reducción en la luminiscencia general del LED orgánico.
  3. Los diodos emisores de luz orgánicos no deben entrar en contacto con el agua porque conduce a una degradación instantánea.
  4. El diodo emisor de luz orgánica necesita aproximadamente tres veces más potencia para mostrar una imagen con un fondo blanco. El uso extensivo de fondos blancos puede reducir la duración de la batería de los teléfonos móviles y otros dispositivos.
  5. Los diodos emisores de luz orgánicos son caros. Cuestan entre 10 y 20 veces más que los LED de rendimiento similar.
  6. Existe una falta de una amplia gama de productos de diodos emisores de luz orgánicos disponibles comercialmente.
  7. Los diodos emisores de luz orgánicos tienen una alta capacitancia que limita el ancho de banda de modulación del dispositivo a un rango de aproximadamente 100 kHz.
  8. Los diodos emisores de luz orgánicos tienen una baja eficiencia lumínica.

¿Cuáles son las diferencias entre un OLED y un LED?

Las diferencias entre un OLED y un LED son:

Diodo emisor de luz orgánico u OLEDDiodo emisor de luz o LED
En el caso de los diodos emisores de luz orgánicos, la capa electroluminiscente emisora ​​está formada por compuestos orgánicos.En el caso de los LED, la capa electroluminiscente emisora ​​está formada por sustancias inorgánicas.
En la televisión LED orgánica, cada píxel funciona de forma individual.Los LED no se pueden usar como un píxel correctamente en la televisión debido al tamaño.
Tienen una menor eficiencia lumínica.Tienen mayor eficiencia lumínica.
Pueden ser delgados y pequeños debido a su flexibilidad.Son comparativamente menos flexibles.
No utilizan luz de fondo, ya que pueden producir su propia luz.No pueden producir su propia luz y, por lo tanto, utilizan una luz de fondo.
Son caros.Tienen costos de fabricación comparativamente más bajos.
Los LED orgánicos no requieren ningún tipo de soporte de vidrio.Los LED requieren soporte de vidrio.
Proporcionan un ángulo de visión más amplio.Tienen un rango angular comparativamente más bajo.

Para obtener más información sobre los diodos semiconductores emisores de luz, visite https://lambdageeks.com/light-sensors/

Sobre Sanchari Chakraborty

Soy un estudiante entusiasta, actualmente invertido en el campo de la Óptica Aplicada y la Fotónica. También soy miembro activo de SPIE (Sociedad internacional de óptica y fotónica) y OSI (Sociedad óptica de India). Mis artículos tienen como objetivo sacar a la luz temas de investigación científica de calidad de una manera simple pero informativa. La ciencia ha ido evolucionando desde tiempos inmemoriales. Por lo tanto, intento aprovechar la evolución y presentarla a los lectores.

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