OLED

Un diodo orgánico emisor de luz (OLED), también conocido como electroluminiscente orgánico (EL orgánico) diodo, es un diodo emisor de luz (LED) en el que la capa electroluminiscente emisiva es una película de compuesto orgánico que emite luz en respuesta a una corriente eléctrica. Esta capa orgánica está situada entre dos electrodos; normalmente, al menos uno de estos electrodos es transparente. Los OLED se utilizan para crear pantallas digitales en dispositivos como pantallas de televisión, monitores de computadora y sistemas portátiles como teléfonos inteligentes y consolas de juegos portátiles. Un área importante de investigación es el desarrollo de dispositivos OLED blancos para su uso en aplicaciones de iluminación de estado sólido.

Hay dos familias principales de OLED: las que se basan en moléculas pequeñas y las que emplean polímeros. Agregar iones móviles a un OLED crea una celda electroquímica emisora de luz (LEC) que tiene un modo de operación ligeramente diferente. Una pantalla OLED se puede controlar con un esquema de control de matriz pasiva (PMOLED) o de matriz activa (AMOLED). En el esquema PMOLED, cada fila y línea en la pantalla se controla secuencialmente, una por una, mientras que el control AMOLED utiliza un plano posterior de transistor de película delgada (TFT) para acceder directamente y encender o apagar cada píxel individual, lo que permite una mayor resolución y tamaños de pantalla más grandes.

OLED es fundamentalmente diferente de LED, que se basa en una estructura de diodo p-n. En los LED, el dopaje se usa para crear regiones p y n al cambiar la conductividad del semiconductor anfitrión. Los OLED no emplean una estructura p-n. El dopaje de los OLED se utiliza para aumentar la eficiencia radiativa mediante la modificación directa de la tasa de recombinación óptica de la mecánica cuántica. El dopaje se utiliza además para determinar la longitud de onda de la emisión de fotones.

Una pantalla OLED funciona sin retroiluminación porque emite su propia luz visible. Por lo tanto, puede mostrar niveles de negro profundo y puede ser más delgado y liviano que una pantalla de cristal líquido (LCD). En condiciones de poca luz ambiental (como una habitación oscura), una pantalla OLED puede lograr una relación de contraste más alta que una LCD, independientemente de si la LCD utiliza lámparas fluorescentes de cátodo frío o retroiluminación LED. Las pantallas OLED se fabrican de la misma manera que las pantallas LCD, pero después de la formación de TFT (para pantallas de matriz activa), rejilla direccionable (para pantallas de matriz pasiva) o segmento de óxido de indio y estaño (ITO) (para pantallas de segmento), la pantalla se recubre con capas de inyección, transporte y bloqueo, así como material electroluminiscente después de las primeras 2 capas, después de lo cual se puede aplicar nuevamente ITO o metal como cátodo y luego se encapsula toda la pila de materiales. La capa TFT, la rejilla direccionable o los segmentos ITO sirven o están conectados al ánodo, que puede estar hecho de ITO o de metal. Los OLED se pueden hacer flexibles y transparentes, con pantallas transparentes que se usan en teléfonos inteligentes con escáneres ópticos de huellas dactilares y pantallas flexibles que se usan en teléfonos inteligentes plegables.

Historia

André Bernanose y sus compañeros de trabajo de la Universidad de Nancy en Francia realizaron las primeras observaciones de electroluminiscencia en materiales orgánicos a principios de la década de 1950. Aplicaron altos voltajes alternos en el aire a materiales como el tinte naranja de acridina, ya sea depositado o disuelto en películas delgadas de celulosa o celofán. El mecanismo propuesto fue la excitación directa de las moléculas de colorante o la excitación de los electrones.

En 1960, Martin Pope y algunos de sus compañeros de trabajo en la Universidad de Nueva York en los Estados Unidos desarrollaron contactos de electrodos de inyección de oscuridad óhmica para cristales orgánicos. Además, describieron los requisitos energéticos necesarios (funciones de trabajo) para los contactos de electrodos de inyección de electrones y huecos. Estos contactos son la base de la inyección de carga en todos los dispositivos OLED modernos. El grupo de Pope también observó por primera vez electroluminiscencia de corriente continua (CC) al vacío en un solo cristal puro de antraceno y en cristales de antraceno dopados con tetraceno en 1963 usando un electrodo de plata de área pequeña a 400 voltios. El mecanismo propuesto fue la excitación de electrones acelerada por campo de la fluorescencia molecular.

El grupo de Pope informó en 1965 que, en ausencia de un campo eléctrico externo, la electroluminiscencia en los cristales de antraceno es causada por la recombinación de un electrón y un hueco termalizados, y que el nivel de conducción del antraceno es más alto en energía. que el nivel de energía del excitón. También en 1965, Wolfgang Helfrich y W. G. Schneider del Consejo Nacional de Investigación de Canadá produjeron electroluminiscencia de recombinación de doble inyección por primera vez en un monocristal de antraceno utilizando electrodos de inyección de electrones y orificios, el precursor de los dispositivos modernos de doble inyección. En el mismo año, los investigadores de Dow Chemical patentaron un método de preparación de celdas electroluminiscentes utilizando CA de alto voltaje (500–1500 V) (100–3000 Hz) aisladas eléctricamente un milímetro capas delgadas de fósforo fundido que consisten en polvo de antraceno molido, tetraceno y polvo de grafito. Su mecanismo propuesto involucraba excitación electrónica en los contactos entre las partículas de grafito y las moléculas de antraceno.

El primer LED de polímero (PLED) que se creó fue de Roger Partridge en el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido. Usó una película de poli (N-vinilcarbazol) de hasta 2,2 micrómetros de espesor ubicada entre dos electrodos de inyección de carga. La luz generada era fácilmente visible en condiciones de iluminación normales, aunque el polímero utilizado tenía 2 limitaciones; baja conductividad y la dificultad de inyectar electrones. El desarrollo posterior de polímeros conjugados permitiría a otros eliminar en gran medida estos problemas. Su contribución a menudo se ha pasado por alto debido al secreto que NPL impuso al proyecto. Cuando se patentó en 1974, se le dio un 'cajón de sastre' deliberadamente oscuro. mientras que el Departamento de Industria del gobierno intentó sin éxito encontrar colaboradores industriales para financiar un mayor desarrollo. Como resultado, la publicación se retrasó hasta 1983.

OLED prácticos

Los químicos Ching Wan Tang y Steven Van Slyke de Eastman Kodak construyeron el primer dispositivo OLED práctico en 1987. Este dispositivo utilizaba una estructura de dos capas con capas separadas de transporte de huecos y de electrones, de modo que la recombinación y la emisión de luz ocurrían en medio de la capa orgánica; esto resultó en una reducción en el voltaje de operación y mejoras en la eficiencia.

La investigación sobre la electroluminiscencia de polímeros culminó en 1990, con J. H. Burroughes et al. en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, informando sobre un dispositivo basado en polímero emisor de luz verde de alta eficiencia que utiliza 100 nm de espesor de películas de poli(p-fenileno vinileno). Pasar de materiales moleculares a macromoleculares resolvió los problemas encontrados anteriormente con la estabilidad a largo plazo de las películas orgánicas y permitió que se hicieran fácilmente películas de alta calidad. La investigación posterior desarrolló polímeros multicapa y el nuevo campo de la electrónica plástica y la investigación y producción de dispositivos OLED creció rápidamente. Los OLED blancos, iniciados por J. Kido et al. en la Universidad de Yamagata, Japón en 1995, lograron la comercialización de pantallas e iluminación con retroiluminación OLED.

En 1999, Kodak y Sanyo se asociaron para investigar, desarrollar y producir pantallas OLED de manera conjunta. Anunciaron la primera pantalla OLED a todo color de matriz activa de 2,4 pulgadas del mundo en septiembre del mismo año. En septiembre de 2002 presentó en el CEATEC Japón un prototipo de pantalla de formato HDTV de 15 pulgadas basado en OLED blancos con filtros de color.

Pioneer Corporation inició la fabricación de OLED de molécula pequeña en 1997, seguida de TDK en 2001 y Samsung-NEC Mobile Display (SNMD), que más tarde se convirtió en uno de los fabricantes de pantallas OLED más grandes del mundo: Samsung Display, en 2002.

El Sony XEL-1, lanzado en 2007, fue el primer televisor OLED. Universal Display Corporation, una de las empresas de materiales OLED, posee una serie de patentes relativas a la comercialización de OLED que utilizan los principales fabricantes de OLED de todo el mundo.

El 5 de diciembre de 2017, JOLED, la sucesora de las unidades de negocio OLED imprimibles de Sony y Panasonic, inició el primer envío comercial del mundo de paneles OLED impresos con inyección de tinta.

Principio de funcionamiento

Schematic of a bilayer OLED: 1. Cathode (−), 2. Emissive Layer, 3. Emisión de radiación, 4. Capa conductora, 5. Anodo (+)

Un OLED típico está compuesto por una capa de materiales orgánicos situada entre dos electrodos, el ánodo y el cátodo, todos depositados sobre un sustrato. Las moléculas orgánicas son eléctricamente conductoras como resultado de la deslocalización de los electrones pi causada por la conjugación de parte o la totalidad de la molécula. Estos materiales tienen niveles de conductividad que van desde aislantes hasta conductores y, por lo tanto, se consideran semiconductores orgánicos. Los orbitales moleculares ocupados más altos y desocupados más bajos (HOMO y LUMO) de los semiconductores orgánicos son análogos a las bandas de valencia y conducción de los semiconductores inorgánicos.

Originalmente, los OLED de polímero más básicos consistían en una sola capa orgánica. Un ejemplo fue el primer dispositivo emisor de luz sintetizado por J. H. Burroughes et al., que involucraba una sola capa de poli(p-fenileno vinileno). Sin embargo, los OLED multicapa se pueden fabricar con dos o más capas para mejorar la eficiencia del dispositivo. Además de las propiedades conductoras, se pueden elegir diferentes materiales para ayudar a la inyección de carga en los electrodos proporcionando un perfil electrónico más gradual, o bloqueando una carga para que no llegue al electrodo opuesto y se desperdicie. Muchos OLED modernos incorporan una estructura bicapa simple, que consta de una capa conductora y una capa emisiva. Los desarrollos en la arquitectura OLED en 2011 mejoraron la eficiencia cuántica (hasta un 19 %) mediante el uso de una heterounión graduada. En la arquitectura de heterounión graduada, la composición de huecos y materiales de transporte de electrones varía continuamente dentro de la capa emisiva con un emisor dopante. La arquitectura de heterounión graduada combina los beneficios de ambas arquitecturas convencionales al mejorar la inyección de carga y al mismo tiempo equilibrar el transporte de carga dentro de la región emisiva.

Durante el funcionamiento, se aplica un voltaje a través del OLED de modo que el ánodo sea positivo con respecto al cátodo. Los ánodos se seleccionan en función de la calidad de su transparencia óptica, conductividad eléctrica y estabilidad química. Una corriente de electrones fluye a través del dispositivo desde el cátodo al ánodo, ya que los electrones se inyectan en el LUMO de la capa orgánica en el cátodo y se retiran del HOMO en el ánodo. Este último proceso también puede describirse como la inyección de huecos de electrones en el HOMO. Las fuerzas electrostáticas acercan los electrones y los huecos y se recombinan formando un excitón, un estado ligado del electrón y el hueco. Esto sucede más cerca de la parte de la capa de transporte de electrones de la capa emisiva, porque en los semiconductores orgánicos los huecos son generalmente más móviles que los electrones. El decaimiento de este estado excitado resulta en una relajación de los niveles de energía del electrón, acompañada por la emisión de radiación cuya frecuencia está en la región visible. La frecuencia de esta radiación depende de la banda prohibida del material, en este caso la diferencia de energía entre el HOMO y el LUMO.

Como los electrones y los huecos son fermiones con espín medio entero, un excitón puede estar en un estado singlete o en un estado triplete dependiendo de cómo se hayan combinado los espines del electrón y el hueco. Estadísticamente, se formarán tres excitones tripletes por cada excitón singlete. El decaimiento de los estados de triplete (fosforescencia) está prohibido, lo que aumenta la escala de tiempo de la transición y limita la eficiencia interna de los dispositivos fluorescentes. Los diodos emisores de luz orgánicos fosforescentes hacen uso de las interacciones espín-órbita para facilitar el cruce entre sistemas entre los estados de singlete y triplete, obteniendo así la emisión de los estados de singlete y triplete y mejorando la eficiencia interna.

El óxido de indio y estaño (ITO) se usa comúnmente como material de ánodo. Es transparente a la luz visible y tiene una alta función de trabajo que promueve la inyección de agujeros en el nivel HOMO de la capa orgánica. Por lo general, se agrega una segunda capa conductora (de inyección), que puede consistir en PEDOT: PSS, ya que el nivel de HOMO de este material generalmente se encuentra entre la función de trabajo de ITO y el HOMO de otros polímeros de uso común, lo que reduce las barreras de energía para la inyección de agujeros.. Los metales como el bario y el calcio se utilizan a menudo para el cátodo, ya que tienen funciones de trabajo bajas que promueven la inyección de electrones en el LUMO de la capa orgánica. Dichos metales son reactivos, por lo que requieren una capa superior de aluminio para evitar la degradación. Dos beneficios secundarios de la capa de cubierta de aluminio incluyen la robustez de los contactos eléctricos y el reflejo posterior de la luz emitida hacia la capa transparente de ITO.

La investigación experimental ha demostrado que las propiedades del ánodo, específicamente la topografía de la interfaz de la capa de transporte de ánodo/agujero (HTL), juega un papel importante en la eficiencia, el rendimiento y la vida útil de los diodos orgánicos emisores de luz. Las imperfecciones en la superficie del ánodo reducen la adhesión de la interfaz entre el ánodo y la película orgánica, aumentan la resistencia eléctrica y permiten la formación más frecuente de puntos oscuros no emisores en el material OLED que afectan negativamente la vida útil. Los mecanismos para disminuir la rugosidad del ánodo para sustratos de ITO/vidrio incluyen el uso de películas delgadas y monocapas autoensambladas. Además, se están considerando sustratos alternativos y materiales de ánodo para aumentar el rendimiento y la vida útil de OLED. Los posibles ejemplos incluyen sustratos de zafiro monocristalino tratados con ánodos de película de oro (Au) que producen funciones de trabajo, voltajes operativos, valores de resistencia eléctrica más bajos y una mayor vida útil de los OLED.

Los dispositivos de un solo portador se utilizan normalmente para estudiar la cinética y los mecanismos de transporte de carga de un material orgánico y pueden ser útiles cuando se trata de estudiar los procesos de transferencia de energía. Como la corriente a través del dispositivo se compone de un solo tipo de portador de carga, ya sea electrones o huecos, no se produce recombinación y no se emite luz. Por ejemplo, se pueden obtener dispositivos de solo electrones reemplazando ITO con un metal de función de trabajo más bajo que aumenta la barrera de energía de la inyección de huecos. De manera similar, los dispositivos de solo orificio se pueden fabricar utilizando un cátodo hecho únicamente de aluminio, lo que da como resultado una barrera de energía demasiado grande para una inyección de electrones eficiente.

Saldo del operador

Se requiere una inyección y transferencia de carga equilibrada para obtener una alta eficiencia interna, una emisión pura de la capa de luminancia sin emisión contaminada de las capas de transporte de carga y una alta estabilidad. Una forma común de equilibrar la carga es optimizar el grosor de las capas de transporte de carga, pero es difícil de controlar. Otra forma es usando el exciplex. Exciplejo formado entre cadenas laterales transportadoras de huecos (tipo p) y transportadoras de electrones (tipo n) para localizar pares electrón-hueco. Luego, la energía se transfiere al luminóforo y proporciona una alta eficiencia. Un ejemplo del uso de exciplex es el injerto de unidades laterales de oxadiazol y carbazol en la cadena principal del copolímero dopado con dicetopirrolopirrol rojo que muestra una eficiencia cuántica externa y una pureza del color mejoradas en un OLED no optimizado.

Tecnologías de materiales

Moléculas pequeñas

Alq3, comúnmente utilizado en pequeñas moléculas OLED

Los materiales electroluminiscentes orgánicos de molécula pequeña tienen las ventajas de una amplia variedad, fáciles de purificar y fuertes modificaciones químicas. Para hacer que los materiales luminiscentes emitan la luz requerida, algunos cromóforos o grupos insaturados, como enlaces alqueno y anillos de benceno, generalmente se introducirán en el diseño de la estructura molecular para cambiar el tamaño del rango de conjugación del material, de modo que el fotofísico las propiedades del material cambian. En general, cuanto mayor sea el rango del sistema de conjugación de electrones π, mayor será la longitud de onda de la luz emitida por el material. Por ejemplo, con el aumento del número de anillos de benceno, el pico de emisión de fluorescencia de benceno, naftaleno, antraceno y butilo se desplazó gradualmente hacia el rojo de 283 nm a 480 nm. Los materiales electroluminiscentes de molécula pequeña orgánicos comunes incluyen complejos de aluminio, antracenos, derivados de arilo de bifenilacetileno, derivados de cumarina y varios fluorocromos. Los OLED eficientes que utilizan moléculas pequeñas fueron desarrollados por primera vez por Ching W. Tang et al. en Eastman Kodak. El término OLED tradicionalmente se refiere específicamente a este tipo de dispositivo, aunque también se usa el término SM-OLED.

Las moléculas comúnmente utilizadas en OLED incluyen quelatos organometálicos (por ejemplo, Alq3, utilizado en el dispositivo orgánico emisor de luz informado por Tang et al.), tintes fluorescentes y fosforescentes y dendrímeros conjugados. Se utilizan varios materiales por sus propiedades de transporte de carga, por ejemplo, la trifenilamina y sus derivados se utilizan comúnmente como materiales para las capas de transporte de huecos. Se pueden elegir tintes fluorescentes para obtener emisión de luz a diferentes longitudes de onda, y se utilizan a menudo compuestos como derivados de perileno, rubreno y quinacridona. Alq₃ se ha utilizado como emisor verde, material de transporte de electrones y como huésped de colorantes emisores de amarillo y rojo.

Debido a la flexibilidad estructural de los materiales electroluminiscentes de molécula pequeña, se pueden preparar películas delgadas mediante deposición de vapor al vacío, que es más costosa y de uso limitado para dispositivos de área grande. El sistema de revestimiento al vacío, sin embargo, puede realizar todo el proceso desde el crecimiento de la película hasta la preparación del dispositivo OLED en un entorno operativo controlado y completo, lo que ayuda a obtener películas uniformes y estables, lo que garantiza la fabricación final de dispositivos OLED de alto rendimiento. Los tintes orgánicos moleculares son propensos a apagar la fluorescencia en estado sólido, lo que resulta en una menor eficiencia de luminiscencia. Los dispositivos OLED dopados también son propensos a la cristalización, lo que reduce la luminiscencia y la eficiencia de los dispositivos. Por lo tanto, el desarrollo de dispositivos basados en materiales electroluminiscentes de molécula pequeña está limitado por los altos costos de fabricación, la poca estabilidad, la vida corta y otras deficiencias. Se ha demostrado la emisión coherente de un dispositivo SM-OLED en tándem dopado con colorante láser, excitado en el régimen pulsado. La emisión está casi limitada por difracción con un ancho espectral similar al de los láseres de colorante de banda ancha.

Los investigadores informan sobre la luminiscencia de una sola molécula de polímero, que representa el dispositivo de diodo emisor de luz orgánico (OLED) más pequeño posible. Los científicos podrán optimizar las sustancias para producir emisiones de luz más potentes. Finalmente, este trabajo es un primer paso hacia la fabricación de componentes del tamaño de una molécula que combinen propiedades electrónicas y ópticas. Componentes similares podrían formar la base de una computadora molecular.

Diodos emisores de luz de polímero

poli(p-phenylene vinylene), utilizado en el primer PLED

Los diodos emisores de luz poliméricos (PLED, P-OLED), también polímeros emisores de luz (LEP), involucran un polímero conductor electroluminiscente que emite luz cuando se conecta a un voltaje externo. Se utilizan como una película delgada para pantallas de color de espectro completo. Los OLED de polímero son bastante eficientes y requieren una cantidad de energía relativamente pequeña para la cantidad de luz producida.

La deposición al vacío no es un método adecuado para formar películas delgadas de polímeros. Si las películas OLED poliméricas se fabrican mediante deposición de vapor al vacío, los elementos de la cadena se cortarán y las propiedades fotofísicas originales se verán comprometidas. Sin embargo, los polímeros se pueden procesar en solución y el recubrimiento por rotación es un método común para depositar películas delgadas de polímero. Este método es más adecuado para formar películas de gran superficie que la evaporación térmica. No se requiere vacío y los materiales emisivos también se pueden aplicar sobre el sustrato mediante una técnica derivada de la impresión comercial por inyección de tinta. Sin embargo, como la aplicación de capas posteriores tiende a disolver las ya presentes, la formación de estructuras multicapa es difícil con estos métodos. El cátodo de metal todavía puede necesitar ser depositado por evaporación térmica al vacío. Un método alternativo a la deposición al vacío es depositar una película de Langmuir-Blodgett.

Los polímeros típicos que se usan en las pantallas PLED incluyen derivados de poli(p-fenileno vinileno) y polifluoreno. La sustitución de las cadenas laterales en el esqueleto del polímero puede determinar el color de la luz emitida o la estabilidad y solubilidad del polímero para el rendimiento y la facilidad de procesamiento. Si bien el poli(p-fenileno vinileno) (PPV) no sustituido suele ser insoluble, se han preparado varios PPV y poli(naftaleno vinileno) (PNV) relacionados que son solubles en disolventes orgánicos o agua mediante polimerización por metátesis con apertura de anillo. Estos polímeros solubles en agua o polielectrolitos conjugados (CPE) también se pueden usar como capas de inyección de agujeros solos o en combinación con nanopartículas como el grafeno.

Materiales fosforescentes

Ir(mppy)₃, un dopant fosforescente que emite luz verde

Los diodos emisores de luz orgánicos fosforescentes utilizan el principio de la electrofosforescencia para convertir la energía eléctrica en un OLED en luz de una manera muy eficiente, con eficiencias cuánticas internas de dichos dispositivos que se acercan al 100 %.

Por lo general, se utiliza un polímero como el poli(N-vinilcarbazol) como material huésped al que se le agrega un complejo organometálico como dopante. Los complejos de iridio como Ir(mppy)₃ a partir de 2004 fueron un foco de investigación, aunque también se han utilizado complejos basados en otros metales pesados como el platino.

El átomo de metal pesado en el centro de estos complejos exhibe un fuerte acoplamiento espín-órbita, lo que facilita el cruce entre sistemas entre estados de singlete y triplete. Mediante el uso de estos materiales fosforescentes, tanto los excitones singlete como los tripletes podrán decaer radiactivamente, mejorando así la eficiencia cuántica interna del dispositivo en comparación con un OLED estándar donde solo los estados singlete contribuirán a la emisión de luz.

Las aplicaciones de OLED en iluminación de estado sólido requieren lograr un alto brillo con buenas coordenadas CIE (para emisión blanca). El uso de especies macromoleculares como los silsesquioxanos oligoméricos poliédricos (POSS) junto con el uso de especies fosforescentes como Ir para OLED impresos ha mostrado brillos de hasta 10 000 cd/m².

Arquitecturas de dispositivos

Estructura

Emisión inferior

a) Estructuras OLED que emiten los átomos y b) top-emitting; c,d) Diagramas esquemáticos basados en OLEDs de emisión inferior y top-emitting con baja y alta relación de contraste, respectivamente.

El diodo emisor de luz orgánico de emisión inferior (BE-OLED) es la arquitectura que se usó en las primeras pantallas AMOLED. Tenía un ánodo transparente fabricado sobre un sustrato de vidrio y un cátodo reflectante brillante. La luz se emite desde la dirección del ánodo transparente. Para reflejar toda la luz hacia la dirección del ánodo, se utiliza un cátodo de metal relativamente grueso como el aluminio. Para el ánodo, el óxido de indio y estaño (ITO) de alta transparencia fue una opción típica para emitir la mayor cantidad de luz posible. Las películas finas orgánicas, incluida la capa emisora que realmente genera la luz, se intercalan entre el ánodo de ITO y el cátodo de metal reflectante. La desventaja de la estructura de emisión inferior es que la luz tiene que viajar a través de los circuitos de activación de píxeles, como el sustrato del transistor de película delgada (TFT), y el área desde la que se puede extraer la luz es limitada y la eficiencia de emisión de luz se reduce.

Emisión superior

Una configuración alternativa es cambiar el modo de emisión. Se utilizan un ánodo reflectante y un cátodo transparente (o más a menudo semitransparente) para que la luz se emita desde el lado del cátodo, y esta configuración se denomina OLED de emisión superior (TE-OLED). A diferencia de los BEOLED, donde el ánodo está hecho de ITO conductor transparente, esta vez el cátodo debe ser transparente y el material ITO no es una opción ideal para el cátodo debido a un problema de daño debido al proceso de pulverización catódica. Por lo tanto, una película de metal delgada como la Ag pura y la aleación Mg:Ag se utilizan para el cátodo semitransparente debido a su alta transmitancia y alta conductividad. En contraste con la emisión inferior, la luz se extrae del lado opuesto en la emisión superior sin necesidad de pasar a través de múltiples capas del circuito de excitación. Así, la luz generada se puede extraer de forma más eficiente.

Mejoras

Teoría de las microcavidades

Sony Super Top Emission La tecnología OLED mejora la pureza de color de las luces emitidas.

Cuando las ondas de luz se encuentran mientras viajan por el mismo medio, se produce una interferencia de ondas. Esta interferencia puede ser constructiva o destructiva. A veces es deseable que varias ondas de la misma frecuencia se sumen en una onda con amplitudes más altas.

Dado que ambos electrodos son reflectantes en TEOLED, los reflejos de luz pueden ocurrir dentro del diodo y causan interferencias más complejas que las de los BEOLED. Además de la interferencia de dos haces, existe una interferencia de resonancia múltiple entre dos electrodos. Debido a que la estructura de los TEOLED es similar a la del resonador Fabry-Perot o resonador láser, que contiene dos espejos paralelos comparables a los dos electrodos reflectantes, este efecto es especialmente fuerte en TEOLED. Esta interferencia de dos haces y las interferencias de Fabry-Perot son los factores principales para determinar la intensidad espectral de salida de OLED. Este efecto óptico se denomina "efecto de microcavidad".

En el caso de OLED, eso significa que la cavidad de un TEOLED podría diseñarse especialmente para mejorar la intensidad de la salida de luz y la pureza del color con una banda estrecha de longitudes de onda, sin consumir más energía. En los TEOLED, el efecto de microcavidad ocurre comúnmente, y cuándo y cómo restringir o hacer uso de este efecto es indispensable para el diseño del dispositivo. Para igualar las condiciones de interferencia constructiva, se aplican diferentes espesores de capa de acuerdo con la longitud de onda de resonancia de ese color específico. Las condiciones de espesor se diseñan y fabrican cuidadosamente de acuerdo con las longitudes de onda de emisión de resonancia máxima de los LED de color azul (460 nm), verde (530 nm) y rojo (610 nm). Esta tecnología mejora en gran medida la eficiencia de emisión de luz de los OLED y puede lograr una gama de colores más amplia debido a la alta pureza del color.

Filtros de color

En "método de filtro blanco + color," Las emisiones de rojo, verde y azul se obtienen de los mismos LED de luz blanca utilizando diferentes filtros de color. Con este método, los materiales OLED producen luz blanca que luego se filtra para obtener los colores RGB deseados. Este método eliminó la necesidad de depositar tres materiales emisivos orgánicos diferentes, por lo que solo se usa un tipo de material OLED para producir luz blanca. También eliminó la tasa de degradación desigual de los píxeles azules frente a los píxeles rojos y verdes. Las desventajas de este método son la baja pureza y el contraste del color. Además, los filtros absorben la mayor parte de las ondas de luz emitidas, lo que requiere que la luz blanca de fondo sea relativamente fuerte para compensar la caída del brillo y, por lo tanto, el consumo de energía para dichas pantallas puede ser mayor.

Los filtros de color también se pueden implementar en los OLED de emisión inferior y superior. Al agregar los filtros de color RGB correspondientes después del cátodo semitransparente, se pueden obtener longitudes de onda de luz aún más puras. El uso de una microcavidad en OLED de alta emisión con filtros de color también contribuye a aumentar la relación de contraste al reducir el reflejo de la luz ambiental incidente. En un panel convencional, se instaló un polarizador circular en la superficie del panel. Si bien esto se proporcionó para evitar el reflejo de la luz ambiental, también redujo la salida de luz. Al reemplazar esta capa polarizadora con filtros de color, la intensidad de la luz no se ve afectada y, esencialmente, se puede cortar toda la luz ambiental reflejada, lo que permite un mejor contraste en el panel de visualización. Esto redujo potencialmente la necesidad de píxeles más brillantes y puede reducir el consumo de energía.

Otras arquitecturas

OLED transparentes

Los OLED transparentes usan contactos transparentes o semitransparentes en ambos lados del dispositivo para crear pantallas que se pueden hacer para emitir tanto desde arriba como desde abajo (transparentes). Los TOLED pueden mejorar en gran medida el contraste, lo que hace que sea mucho más fácil ver las pantallas bajo la luz del sol. Esta tecnología se puede utilizar en Head-up displays, ventanas inteligentes o aplicaciones de realidad aumentada.

Heterounión graduada

Los OLED de heterounión graduada reducen gradualmente la proporción de huecos de electrones con respecto a las sustancias químicas transportadoras de electrones. Esto da como resultado casi el doble de la eficiencia cuántica de los OLED existentes.

OLED apilados

Los OLED apilados usan una arquitectura de píxeles que apila los subpíxeles rojo, verde y azul uno encima del otro en lugar de uno al lado del otro, lo que genera un aumento sustancial en la gama y la profundidad del color, y reduce considerablemente la brecha de píxeles. Otras tecnologías de visualización con píxeles RGB (y RGBW) asignados uno al lado del otro tienden a disminuir la resolución potencial.

OLED invertida

A diferencia de un OLED convencional, en el que el ánodo se coloca en el sustrato, un OLED invertido utiliza un cátodo inferior que se puede conectar al extremo de drenaje de un TFT de canal n, especialmente para la placa posterior TFT de silicio amorfo de bajo costo. útil en la fabricación de pantallas AMOLED.

Todas las pantallas OLED (matriz pasiva y activa) usan un controlador IC, a menudo montado usando Chip-on-glass (COG), usando una película conductora anisotrópica.

Tecnologías de patrones de color

Método de patrón de máscara de sombra

El método de creación de patrones más utilizado para las pantallas emisoras de luz orgánicas es el enmascaramiento de sombras durante la deposición de la película, también llamado "RGB de lado a lado" método o "pixelación RGB" método. Se colocan láminas de metal con múltiples aberturas hechas de material de baja expansión térmica, como una aleación de níquel, entre la fuente de evaporación calentada y el sustrato, de modo que el material orgánico o inorgánico de la fuente de evaporación quede enmascarado o bloqueado por la lámina para que no llegue a la fuente de evaporación. sustrato en la mayoría de los lugares, por lo que los materiales se depositan solo en los lugares deseados en el sustrato, y el resto se deposita y permanece en la hoja. Casi todas las pantallas OLED pequeñas para teléfonos inteligentes se han fabricado con este método. En este proceso se utilizan máscaras de metal fino (FMM) fabricadas mediante mecanizado fotoquímico, que recuerdan a las antiguas máscaras de sombra CRT. La densidad de puntos de la máscara determinará la densidad de píxeles de la pantalla terminada. Las máscaras híbridas finas (FHM) son más livianas que las FFM, lo que reduce la flexión causada por el propio peso de la máscara y se fabrican mediante un proceso de electroformado. Este método requiere calentar los materiales electroluminiscentes a 300 °C mediante un método térmico en un alto vacío de 10⁻⁵ Pa. Un medidor de oxígeno garantiza que no entre oxígeno en la cámara, ya que podría dañar (por oxidación) el material electroluminiscente, que está en forma de polvo. La máscara se alinea con el sustrato madre antes de cada uso y se coloca justo debajo del sustrato. El conjunto de sustrato y máscara se coloca en la parte superior de la cámara de deposición. Posteriormente, se deposita la capa del electrodo, sometiendo el polvo de plata y aluminio a 1000 °C, mediante un haz de electrones. Las máscaras de sombra permiten densidades de píxeles altas de hasta 2250 DPI (890 puntos/cm). Las densidades de píxeles altas son necesario para los cascos de realidad virtual.

Método de filtro blanco + color

Aunque el método de patrón de máscara de sombra es una tecnología madura utilizada desde la primera fabricación de OLED, causa muchos problemas, como la formación de manchas oscuras debido al contacto entre la máscara y el sustrato o la desalineación del patrón debido a la deformación de la máscara de sombra. Tal formación de defectos puede considerarse trivial cuando el tamaño de la pantalla es pequeño, sin embargo, causa problemas graves cuando se fabrica una pantalla grande, lo que genera una pérdida significativa de rendimiento de producción. Para sortear estos problemas, se han utilizado dispositivos de emisión blanca con filtros de color de 4 subpíxeles (blanco, rojo, verde y azul) para televisores grandes. A pesar de la absorción de luz por el filtro de color, los televisores OLED de última generación pueden reproducir muy bien el color, como 100% NTSC, y consumen poca energía al mismo tiempo. Esto se logra mediante el uso de un espectro de emisión con alta sensibilidad para el ojo humano, filtros de color especiales con una superposición de espectro baja y ajuste de rendimiento teniendo en cuenta las estadísticas de color. Este enfoque también se denomina "Color-by-white" método.

Otros enfoques de patrones de color

Existen otros tipos de tecnologías de creación de patrones emergentes para aumentar la capacidad de fabricación de los OLED. Los dispositivos emisores de luz orgánicos modelables utilizan una capa electroactiva activada por luz o calor. En esta capa se incluye un material latente (PEDOT-TMA) que, al activarse, se vuelve altamente eficiente como capa de inyección de agujeros. Usando este proceso, se pueden preparar dispositivos emisores de luz con patrones arbitrarios.

El patrón de color se puede lograr por medio de un láser, como una transferencia de sublimación inducida por radiación (RIST).

La impresión por chorro de vapor orgánico (OVJP) utiliza un gas portador inerte, como argón o nitrógeno, para transportar moléculas orgánicas evaporadas (como en la deposición en fase de vapor orgánico). El gas es expulsado a través de una boquilla o conjunto de boquillas del tamaño de un micrómetro cerca del sustrato a medida que se traslada. Esto permite imprimir patrones multicapa arbitrarios sin el uso de solventes.

Al igual que la deposición de material por inyección de tinta, el grabado por inyección de tinta (IJE) deposita cantidades precisas de solvente sobre un sustrato diseñado para disolver selectivamente el material del sustrato e inducir una estructura o patrón. El grabado por inyección de tinta de capas de polímero en OLED's se puede utilizar para aumentar la eficiencia general de desacoplamiento. En los OLED, la luz producida por las capas emisivas del OLED se transmite parcialmente fuera del dispositivo y queda parcialmente atrapada dentro del dispositivo por reflexión interna total (TIR). Esta luz atrapada es guiada por ondas a lo largo del interior del dispositivo hasta que llega a un borde donde se disipa por absorción o emisión. El grabado por inyección de tinta se puede utilizar para alterar selectivamente las capas poliméricas de las estructuras OLED para disminuir la TIR general y aumentar la eficiencia de desacoplamiento del OLED. En comparación con una capa de polímero no grabada, la capa de polímero estructurado en la estructura OLED del proceso IJE ayuda a disminuir la TIR del dispositivo OLED. Los solventes IJE son comúnmente orgánicos en lugar de a base de agua debido a su naturaleza no ácida y su capacidad para disolver materiales de manera efectiva a temperaturas por debajo del punto de ebullición del agua.

La impresión por transferencia es una tecnología emergente para ensamblar una gran cantidad de dispositivos OLED y AMOLED paralelos de manera eficiente. Aprovecha la deposición de metal estándar, la fotolitografía y el grabado para crear marcas de alineación comúnmente en vidrio u otros sustratos de dispositivos. Se aplican capas delgadas de adhesivo de polímero para mejorar la resistencia a las partículas y los defectos de la superficie. Los circuitos integrados a microescala se imprimen por transferencia en la superficie adhesiva y luego se hornean para curar completamente las capas adhesivas. Se aplica una capa de polímero fotosensible adicional al sustrato para tener en cuenta la topografía causada por los circuitos integrados impresos, reintroduciendo una superficie plana. La fotolitografía y el grabado eliminan algunas capas de polímero para descubrir almohadillas conductoras en los circuitos integrados. Posteriormente, la capa de ánodo se aplica a la placa posterior del dispositivo para formar el electrodo inferior. Las capas OLED se aplican a la capa de ánodo con deposición de vapor convencional y se cubren con una capa de electrodo de metal conductor. A partir de 2011, la impresión por transferencia podía imprimir en sustratos de destino de hasta 500 mm × 400 mm. Este límite de tamaño debe expandirse para que la impresión por transferencia se convierta en un proceso común para la fabricación de pantallas OLED/AMOLED de gran tamaño.

Se han demostrado pantallas OLED experimentales que utilizan técnicas de fotolitografía convencionales en lugar de FMM, lo que permite sustratos de gran tamaño (ya que elimina la necesidad de una máscara que debe ser tan grande como el sustrato) y un buen control del rendimiento.

Backplanes de transistores de película delgada

Para una pantalla de alta resolución como un televisor, se necesita una placa posterior de transistor de película delgada (TFT) para manejar los píxeles correctamente. A partir de 2019, el silicio policristalino de baja temperatura (LTPS) – TFT se usa ampliamente para pantallas AMOLED comerciales. LTPS-TFT tiene una variación del rendimiento en una pantalla, por lo que se han informado varios circuitos de compensación. Debido a la limitación de tamaño del láser excimer utilizado para LTPS, el tamaño de AMOLED era limitado. Para hacer frente al obstáculo relacionado con el tamaño del panel, se han informado backplanes de silicio amorfo/silicio microcristalino con demostraciones de prototipos de pantalla grande. También se puede utilizar una placa posterior de óxido de zinc e indio galio (IGZO).

Ventajas

El diferente proceso de fabricación de los OLED tiene varias ventajas sobre las pantallas planas fabricadas con tecnología LCD.

Menor costo en el futuro

Los OLED pueden ser impresos en cualquier substrato adecuado por una impresora de inyección de tinta o incluso por la impresión de pantalla, teóricamente haciéndolos más baratos para producir que las pantallas LCD o plasma. Sin embargo, la fabricación del sustrato OLED a partir de 2018 es más costosa que la de TFT LCDs. Los métodos de deposición de vapor de rodillo a rollo para dispositivos orgánicos permiten la producción masiva de miles de dispositivos por minuto para un coste mínimo; sin embargo, esta técnica también induce problemas: los dispositivos con múltiples capas pueden ser difíciles de hacer debido a la inscripción — alineando las diferentes capas impresas al grado requerido de precisión.

Sustratos plásticos ligeros y flexibles

Las pantallas OLED se pueden fabricar en sustratos de plástico flexibles, lo que conduce a la posible fabricación de diodos flexibles de emisión de luz orgánica para otras aplicaciones nuevas, como las pantallas de enrollamiento incrustadas en telas o ropa. Si se puede utilizar un sustrato como tereftalato de polietileno (PET), las pantallas pueden producirse de forma económica. Además, los sustratos plásticos son resistentes a la desintegración, a diferencia de las pantallas de vidrio utilizadas en dispositivos LCD.

Mejor calidad de imagen

Los OLED permiten una mayor relación de contraste y un ángulo de visión más amplio comparado con los LCD, ya que los píxeles OLED emiten luz directamente. Esto también proporciona un nivel negro más profundo, ya que una pantalla OLED negra no emite luz. Además, los colores de píxel OLED aparecen correctos y no injertados, incluso a medida que el ángulo de visualización se acerca 90° de la normalidad.

Mejor eficiencia de potencia y espesor

Los LCD filtran la luz emitida desde una luz trasera, permitiendo una pequeña fracción de luz a través. Así, no pueden mostrar verdadero negro. Sin embargo, un elemento OLED inactivo no produce luz ni consume energía, permitiendo a los negros verdaderos. La eliminación de la luz trasera también hace que los OLED sean más ligeros porque algunos sustratos no son necesarios. Al mirar OLEDs de alta emisión, el grosor también juega un papel cuando se habla de capas de índice (IML). La intensidad de la emisión se aumenta cuando el espesor de la IML es 1.3–2.5No. El valor refractivo y la combinación de la propiedad IML óptica, incluidos los parámetros de la estructura del dispositivo, también aumentan la intensidad de emisión a estos espesores.

Tiempo de respuesta

Los OLED también tienen un tiempo de respuesta mucho más rápido que un LCD. Utilizando tecnologías de compensación de tiempo de respuesta, los LCD modernos más rápidos pueden alcanzar tiempos de respuesta tan bajos como 1 ms para su transición de color más rápido, y son capaces de actualizar frecuencias tan altas como 240Hz. Según LG, los tiempos de respuesta de OLED son hasta 1.000 veces más rápidos que el LCD, poniendo estimaciones conservadoras en menos de 10μs (0.01ms), que teóricamente podría dar cabida a las frecuencias de refresco que se aproximan a 100kHzHz). Debido a su tiempo de respuesta extremadamente rápido, las pantallas OLED también se pueden diseñar fácilmente para ser estranguladas, creando un efecto similar al flicker CRT para evitar el comportamiento de muestra y posición visto tanto en los LCDs como en algunas pantallas OLED, lo que crea la percepción de movimiento borroso.

Desventajas

Pantalla de polímero emisor de luz (LEP) mostrando falla parcial

Una vieja pantalla OLED mostrando desgaste

Vida útil

El mayor problema técnico de los OLED es la vida útil limitada de los materiales orgánicos. Un informe técnico de 2008 sobre un panel de TV OLED encontró que después de 1000 horas, la luminancia azul se degradó un 12 %, la roja un 7 % y la verde un 8 %. En particular, los OLED azules en ese momento tenían una vida útil de alrededor de 14 000 horas a la mitad del brillo original (cinco años a ocho horas por día) cuando se usaban para pantallas planas. Esto es inferior a la vida útil típica de la tecnología LCD, LED o PDP; cada uno tiene una clasificación de alrededor de 25 000 a 40 000 horas a la mitad de brillo, según el fabricante y el modelo. Un desafío importante para las pantallas OLED es la formación de manchas oscuras debido a la entrada de oxígeno y humedad, lo que degrada el material orgánico con el tiempo, ya sea que la pantalla esté encendida o no. En 2016, LG Electronics informó una vida útil esperada de 100 000 horas, frente a las 36 000 horas de 2013. Un documento del Departamento de Energía de EE. UU. muestra que la vida útil esperada de los productos de iluminación OLED disminuye con el aumento del brillo, con una vida útil esperada de 40 000 horas a % de brillo, o 10 000 horas al 100 % de brillo.

Causa de la degradación

La degradación ocurre debido a la acumulación de centros de recombinación no radiativos y extintores de luminiscencia en la zona de emisión. Se dice que la descomposición química en los semiconductores ocurre en cuatro pasos:

1. recombinación de portadores de carga mediante la absorción de luz UV
2. disociación homolítica
3. posteriores reacciones radicales de adición que forman π radicales
4. desproporción entre dos radicales que provocan reacciones de transferencia de hidrógeno y átomos

Sin embargo, algunos fabricantes' Las pantallas tienen como objetivo aumentar la vida útil de las pantallas OLED, empujando su vida útil más allá de la de las pantallas LCD al mejorar el desacoplamiento de la luz, logrando así el mismo brillo con una corriente de accionamiento más baja. En 2007, se crearon OLED experimentales que pueden soportar 400 cd/m² de luminancia para más de 198 000 horas para OLED verdes y 62 000 horas para OLED azules. En 2012, la vida útil de OLED a la mitad del brillo inicial se mejoró a 900 000 horas para rojo, 1 450 000 horas para amarillo y 400 000 horas para el verde con una luminancia inicial de 1000 cd/m². La encapsulación adecuada es fundamental para prolongar la vida útil de una pantalla OLED, ya que los materiales electroluminiscentes emisores de luz OLED son sensibles al oxígeno y la humedad. Cuando se exponen a la humedad o al oxígeno, los materiales electroluminiscentes de los OLED se degradan a medida que se oxidan, generando puntos negros y reduciendo o encogiendo el área que emite luz, lo que reduce la salida de luz. Esta reducción puede ocurrir píxel por píxel. Esto también puede conducir a la deslaminación de la capa de electrodos, lo que eventualmente conduce a la falla completa del panel.

La degradación ocurre tres órdenes de magnitud más rápido cuando se expone a la humedad que cuando se expone al oxígeno. La encapsulación se puede realizar aplicando un adhesivo epoxi con desecante, laminando una hoja de vidrio con pegamento epoxi y desecante seguido de desgasificación al vacío, o usando Encapsulación de película delgada (TFE), que es un revestimiento de múltiples capas de compuestos orgánicos e inorgánicos alternos. capas. Las capas orgánicas se aplican mediante impresión de inyección de tinta y las capas inorgánicas se aplican mediante deposición de capa atómica (ALD). El proceso de encapsulación se realiza en ambiente de nitrógeno, utilizando cola LOCA de curado UV y los procesos de deposición electroluminiscente y de material de electrodo se realizan en alto vacío. Los procesos de encapsulado y deposición de material son realizados por una sola máquina, previa aplicación de los transistores de película delgada. Los transistores se aplican en un proceso que es el mismo para las pantallas LCD. Los materiales electroluminiscentes también se pueden aplicar mediante impresión por chorro de tinta.

Balance de color

El material OLED utilizado para producir luz azul se degrada mucho más rápido que los materiales utilizados para producir otros colores; en otras palabras, la salida de luz azul disminuirá en relación con los otros colores de luz. Esta variación en la salida de color diferencial cambiará el balance de color de la pantalla y es mucho más notable que una disminución uniforme en la luminancia general. Esto se puede evitar parcialmente ajustando el balance de color, pero esto puede requerir circuitos de control avanzados y la entrada de un usuario experto. Sin embargo, lo más común es que los fabricantes optimicen el tamaño de los subpíxeles R, G y B para reducir la densidad de corriente a través del subpíxel con el fin de igualar la vida útil con la máxima luminancia. Por ejemplo, un subpíxel azul puede ser un 100 % más grande que el subpíxel verde. El subpixel rojo puede ser un 10% más grande que el verde.

Eficiencia de los OLED azules

Las mejoras en la eficiencia y la vida útil de los OLED azules son vitales para el éxito de los OLED como reemplazo de la tecnología LCD. Se ha invertido una investigación considerable en el desarrollo de OLED azules con alta eficiencia cuántica externa, así como un color azul más profundo.

Desde 2012, la investigación se centra en los materiales orgánicos que exhiben fluorescencia retardada activada térmicamente (TADF), descubierta en la Universidad de Kyushu OPERA y UC Santa Barbara CPOS. TADF permitiría una solución procesable estable y de alta eficiencia (lo que significa que los materiales orgánicos están en capas en soluciones que producen capas más delgadas) emisores azules, con eficiencias cuánticas internas que alcanzan el 100%. A principios de 2017, los materiales TADF basados en aceptores de electrones de tipo boro totalmente puenteados a base de oxígeno lograron un gran avance en sus propiedades. La eficiencia cuántica externa de TADF-OLED para luz azul y verde había alcanzado el 38 %, con un ancho medio delgado de ancho medio y alta pureza de color. En 2022, Han et al. sintetizó un nuevo material luminiscente de tipo D-A, TDBA-Cz, y utilizó el m-AC-DBNA sintetizado por Meng et al. como control para investigar el efecto del sitio de sustitución de la unidad de carbazol como donante de electrones en la unidad aceptora de electrones de trifenilboro con puente de oxígeno en las propiedades fotofísicas de la molécula en general. Se descubrió que la introducción de dos unidades de carbazol en el mismo anillo de benceno de la unidad aceptora de electrones de trifenilboro con puente de oxígeno podría suprimir eficazmente la relajación conformacional de la molécula durante la transición radiativa, lo que da como resultado una emisión de luz azul de ancho de banda estrecho. Además, TDBA-Cz es el primer material azul informado que logra un FWHM de hasta 45 nm y un EQE máximo del 21,4 % en un TADF-OLED no dopado.

Se espera que los emisores TADF azules se comercialicen en 2020 y se usarán para pantallas WOLED con filtros de color fosforescente, así como pantallas OLED azules con filtros de color QD impresos con tinta.

Daños por agua

El agua puede dañar instantáneamente los materiales orgánicos de las pantallas. Por lo tanto, los procesos de sellado mejorados son importantes para la fabricación práctica. Los daños causados por el agua pueden limitar especialmente la longevidad de las pantallas más flexibles.

Actuación al aire libre

Como tecnología de visualización emisiva, los OLED se basan completamente en convertir la electricidad en luz, a diferencia de la mayoría de los LCD, que son hasta cierto punto reflectantes. El papel electrónico lidera el camino en eficiencia con ~ 33% de reflectividad de la luz ambiental, lo que permite que la pantalla se use sin ninguna fuente de luz interna. El cátodo metálico en un OLED actúa como un espejo, con una reflectancia cercana al 80 %, lo que genera una legibilidad deficiente en condiciones de luz ambiental brillante, como al aire libre. Sin embargo, con la aplicación adecuada de un polarizador circular y revestimientos antirreflectantes, la reflectancia difusa se puede reducir a menos del 0,1 %. Con una iluminación incidente de 10 000 fc (condición de prueba típica para simular iluminación exterior), se obtiene un contraste fotópico aproximado de 5:1. Sin embargo, los avances en las tecnologías OLED permiten que los OLED sean realmente mejores que los LCD a la luz del sol. Se descubrió que la pantalla AMOLED del Galaxy S5, por ejemplo, supera a todas las pantallas LCD del mercado en términos de uso de energía, brillo y reflectancia.

Consumo de energía

Mientras que un OLED consumirá alrededor del 40 % de la energía de una pantalla LCD que muestra una imagen que es principalmente negra, para la mayoría de las imágenes consumirá entre el 60 y el 80 % de la energía de una pantalla LCD. Sin embargo, un OLED puede usar más del 300 % de energía para mostrar una imagen con un fondo blanco, como un documento o un sitio web. Esto puede reducir la duración de la batería en los dispositivos móviles cuando se utilizan fondos blancos.

Parpadeo de pantalla

Los OLED usan modulación de ancho de pulso para mostrar gradaciones de color/brillo, por lo que incluso si la pantalla tiene un brillo del 100 %, cualquier píxel que tenga, por ejemplo, un 50 % de gris estará apagado el 50 % del tiempo. creando un sutil efecto estroboscópico. La forma alternativa de disminuir el brillo sería disminuir la potencia constante de los OLED, lo que daría como resultado que la pantalla no parpadee, sino un cambio notable en el balance de color, que empeora a medida que disminuye el brillo.

Fabricantes y usos comerciales

Imagen magnificada de la pantalla AMOLED en el smartphone Google Nexus One usando el sistema RGBG de la familia de la matriz de pene

A 3.8cm (1,5en) Pantalla OLED de un reproductor de medios ZEN V

Iluminación OLED en un centro comercial en Aachen, Alemania

Casi todos los fabricantes de OLED confían en equipos de deposición de materiales que solo fabrican unas pocas empresas, la más notable es Canon Tokki, una unidad de Canon Inc. Se informa que Canon Tokki tiene casi el monopolio del OLED gigante. -fabricación de máquinas de vacío, destacadas por su tamaño de 100 metros (330 pies). Apple ha confiado únicamente en Canon Tokki en su intento de presentar sus propias pantallas OLED para los iPhone lanzados en 2017. Los materiales electroluminiscentes necesarios para los OLED también los fabrican un puñado de empresas, algunas de las cuales son Merck, Universal Display Corporation y LG Chem.. Las máquinas que aplican estos materiales pueden funcionar continuamente durante 5 a 6 días y pueden procesar un sustrato madre en 5 minutos.

La tecnología OLED se utiliza en aplicaciones comerciales, como pantallas para teléfonos móviles y reproductores multimedia digitales portátiles, radios para automóviles y cámaras digitales, entre otras, así como en iluminación. Tales aplicaciones de pantallas portátiles favorecen la alta salida de luz de los OLED para facilitar la lectura a la luz del sol y su bajo consumo de energía. Las pantallas portátiles también se usan de manera intermitente, por lo que la menor vida útil de las pantallas orgánicas es un problema menor. Se han hecho prototipos de pantallas flexibles y enrollables que usan OLEDs' Características únicas. También se están desarrollando aplicaciones en señalización e iluminación flexibles. La iluminación OLED ofrece varias ventajas sobre la iluminación LED, como una iluminación de mayor calidad, una fuente de luz más difusa y formas de panel. Philips Lighting ha fabricado muestras de iluminación OLED bajo la marca "Lumiblade" disponible en línea y Novaled AG con sede en Dresden, Alemania, presentó una línea de lámparas de escritorio OLED llamada "Victory" en septiembre de 2011.

Nokia presentó teléfonos móviles OLED, incluidos el N85 y el N86 de 8MP, ambos con pantalla AMOLED. Los OLED también se han utilizado en la mayoría de los teléfonos celulares a color de Motorola y Samsung, así como en algunos modelos de HTC, LG y Sony Ericsson. La tecnología OLED también se puede encontrar en reproductores de medios digitales como Creative ZEN V, iriver clix, Zune HD y Sony Walkman X Series.

El teléfono inteligente Google y HTC Nexus One incluye una pantalla AMOLED, al igual que los teléfonos Desire y Legend de HTC. Sin embargo, debido a la escasez de suministro de las pantallas producidas por Samsung, ciertos modelos de HTC usarán las pantallas SLCD de Sony en el futuro, mientras que los teléfonos inteligentes Google y Samsung Nexus S usarán "Super Clear LCD" en cambio en algunos países.

Las pantallas OLED se utilizaron en relojes fabricados por Fossil (JR-9465) y Diesel (DZ-7086). Otros fabricantes de paneles OLED incluyen Anwell Technologies Limited (Hong Kong), AU Optronics (Taiwán), Chimei Innolux Corporation (Taiwán), LG (Corea) y otros.

DuPont declaró en un comunicado de prensa en mayo de 2010 que puede producir un televisor OLED de 50 pulgadas en dos minutos con una nueva tecnología de impresión. Si esto se puede ampliar en términos de fabricación, el costo total de los televisores OLED se reduciría considerablemente. DuPont también afirma que los televisores OLED fabricados con esta tecnología menos costosa pueden durar hasta 15 años si se dejan encendidos durante una jornada normal de ocho horas.

El uso de OLED puede estar sujeto a patentes de Universal Display Corporation, Eastman Kodak, DuPont, General Electric, Royal Philips Electronics, numerosas universidades y otros. Para 2008, miles de patentes asociadas con los OLED procedían de corporaciones más grandes y empresas de tecnología más pequeñas.

Los fabricantes han utilizado pantallas OLED flexibles para crear pantallas curvas como el Galaxy S7 Edge, pero no estaban en dispositivos que los usuarios pudieran flexionar. Samsung demostró una pantalla desplegable en 2016.

Samsung teléfonos inteligentes plegables

El 31 de octubre de 2018, Royole, una empresa china de productos electrónicos, presentó el primer teléfono con pantalla plegable del mundo que cuenta con una pantalla OLED flexible. El 20 de febrero de 2019, Samsung anunció el Samsung Galaxy Fold con una pantalla OLED plegable de Samsung Display, su subsidiaria de propiedad mayoritaria. En el MWC 2019, el 25 de febrero de 2019, Huawei anunció el Huawei Mate X con una pantalla OLED plegable de BOE.

La década de 2010 también vio la amplia adopción de línea de puerta de seguimiento en píxeles (TGP), que mueve el circuito de conducción desde los bordes de la pantalla hasta el medio de los píxeles de la pantalla, permitiendo biseles estrechos.

Moda

Los textiles que incorporan OLED son una innovación en el mundo de la moda y representan una forma de integrar la iluminación para llevar los objetos inertes a un nivel de moda completamente nuevo. La esperanza es combinar la comodidad y las propiedades de bajo costo de los textiles con las propiedades de iluminación y bajo consumo de energía de los OLED. Aunque este escenario de ropa iluminada es muy plausible, los desafíos siguen siendo un obstáculo. Algunos problemas incluyen: la vida útil del OLED, la rigidez de los sustratos de láminas flexibles y la falta de investigación para fabricar más telas como los textiles fotónicos.

Automoción

La cantidad de fabricantes de automóviles que usan OLED aún es escasa y se limita a la gama alta del mercado. Por ejemplo, el Lexus RX 2010 presenta una pantalla OLED en lugar de una pantalla de transistor de película delgada (TFT-LCD).

Un fabricante japonés, Pioneer Electronic Corporation, produjo los primeros estéreos para automóviles con una pantalla OLED monocromática, que también fue el primer producto OLED del mundo. El Aston Martin DB9 incorporó la primera pantalla OLED automotriz del mundo, que fue fabricada por Yazaki, seguida por el Jeep Grand Cherokee de 2004 y el Chevrolet Corvette C6. El Hyundai Sonata y el Kia Soul EV 2015 utilizan una pantalla PMOLED blanca de 3,5 pulgadas.

Aplicaciones específicas de la empresa

Samsung

Pantallas Samsung AMOLED

En 2004, Samsung Display, una subsidiaria del conglomerado más grande de Corea del Sur y una antigua empresa conjunta de Samsung y NEC, era el fabricante de OLED más grande del mundo y producía el 40 % de las pantallas OLED fabricadas en el mundo, y a partir de 2010, tiene una participación del 98% del mercado global de AMOLED. La compañía lidera el mundo de la industria OLED, generando $100.2 millones del total de $475 millones de ingresos en el mercado global OLED en 2006. A partir de 2006, poseía más de 600 patentes estadounidenses y más de 2800 patentes internacionales, lo que lo convierte en el mayor propietario de patentes de tecnología AMOLED.

Samsung SDI anunció en 2005, el televisor OLED más grande del mundo en ese momento, con 21 pulgadas (53 cm). Este OLED presentaba la resolución más alta en ese momento, de 6,22 millones de píxeles. Además, la empresa adoptó tecnología basada en matriz activa por su bajo consumo de energía y sus cualidades de alta resolución. Esto se superó en enero de 2008, cuando Samsung presentó el televisor OLED más grande y delgado del mundo en ese momento, con 31 pulgadas (78 cm) y 4,3 mm.

En mayo de 2008, Samsung presentó un concepto de pantalla OLED ultradelgada de 12,1 pulgadas (30 cm) para portátiles, con una Resolución de 1280×768 con relación de contraste infinita. Según Woo Jong Lee, vicepresidente del equipo de marketing de pantallas móviles de Samsung SDI, la empresa esperaba que las pantallas OLED se usaran en computadoras portátiles a partir de 2010.

En octubre de 2008, Samsung presentó la pantalla OLED más delgada del mundo, también la primera en ser "flappable" y flexible. Mide solo 0,05 mm (más delgado que el papel), pero un miembro del personal de Samsung dijo que es "técnicamente posible hacer que el panel sea más delgado". Para lograr este grosor, Samsung grabó un panel OLED que usa un sustrato de vidrio normal. El circuito de excitación estaba formado por TFT de polisilicio de baja temperatura. Además, se emplearon materiales EL orgánicos de bajo peso molecular. El recuento de píxeles de la pantalla es de 480 × 272. La relación de contraste es de 100 000:1 y la luminancia es de 200 cd/m². El rango de reproducción de color es 100% del estándar NTSC.

A partir de 2020, el televisor OLED más grande del mundo es de 88 pulgadas con una resolución de 8K, velocidad de cuadro de hasta 120 fps y un costo de 34 676 dólares estadounidenses.

En el Consumer Electronics Show (CES) en enero de 2010, Samsung hizo una demostración de una computadora portátil con una gran pantalla OLED transparente con hasta un 40 % de transparencia y una pantalla OLED animada en una tarjeta de identificación con fotografía.

Los teléfonos inteligentes AMOLED 2010 de Samsung usaron su marca registrada Super AMOLED, con el lanzamiento del Samsung Wave S8500 y el Samsung i9000 Galaxy S en junio de 2010. En enero de 2011, Samsung anunció sus pantallas Super AMOLED Plus, que ofrecen varios avances sobre las pantallas Super AMOLED más antiguas: matriz de rayas real (50 % más de subpíxeles), factor de forma más delgado, imagen más brillante y una reducción del 18 % en el consumo de energía.

En CES 2012, Samsung presentó el primer 55" Pantalla de TV que utiliza tecnología Super OLED.

El 8 de enero de 2013, en el CES, Samsung presentó un exclusivo televisor curvo 4K Ultra S9 OLED, que, afirman, ofrece una "experiencia similar a la de IMAX". para los espectadores.

El 13 de agosto de 2013, Samsung anunció la disponibilidad de un televisor OLED curvo de 55 pulgadas (modelo KN55S9C) en EE. UU. a un precio de 8999,99 dólares.

El 6 de septiembre de 2013, Samsung lanzó su televisor OLED curvo de 55 pulgadas (modelo KE55S9C) en el Reino Unido con John Lewis.

Samsung presentó el teléfono inteligente Galaxy Round en el mercado coreano en octubre de 2013. El dispositivo cuenta con una pantalla de 1080p, que mide 5,7 pulgadas (14 cm), que se curva en el eje vertical en una carcasa redondeada. La corporación ha promovido las siguientes ventajas: Una nueva función llamada "Interacción redonda" que permite a los usuarios ver información inclinando el teléfono sobre una superficie plana con la pantalla apagada y la sensación de una transición continua cuando el usuario cambia entre las pantallas de inicio.

Samsung lanzó una nueva línea de televisores OLED en 2022, la primera que usa la tecnología desde 2013. Usan paneles de Samsung Display; anteriormente, LG era el único fabricante de paneles OLED para televisores.

Sony

Sony XEL-1, el primer televisor OLED del mundo (frontera)

El Sony CLIÉ PEG-VZ90 se lanzó en 2004 y fue el primer PDA con pantalla OLED. Otros productos de Sony que cuentan con pantallas OLED incluyen la grabadora de minidiscos portátil MZ-RH1, lanzada en 2006 y la serie Walkman X.

En el Consumer Electronics Show (CES) de Las Vegas de 2007, Sony presentó una resolución Full HD de 11 pulgadas (28 cm) (resolución de 960 × 540) y 27 pulgadas (69 cm) en 1920 × 1080 Modelos de televisores OLED. Ambos reclamaron relaciones de contraste de 1 000 000:1 y grosores totales (incluidos los biseles) de 5 mm. En abril de 2007, Sony anunció que fabricaría 1000 televisores OLED de 11 pulgadas (28 cm) al mes con fines de prueba de mercado. El 1 de octubre de 2007, Sony anunció que el modelo XEL-1 de 11 pulgadas (28 cm) era el primer televisor OLED comercial y se lanzó en Japón en diciembre de 2007.

En mayo de 2007, Sony presentó públicamente un video de una pantalla OLED flexible de 2,5 pulgadas (6,4 cm) que tiene solo 0,3 milímetros de grosor. En la exposición Display 2008, Sony demostró una pantalla de 0,2 mm de grosor y 3,5 pulgadas (8,9 cm) con una resolución de 320 × 200 píxeles y una pantalla de 0,3 Pantalla de 11 pulgadas (28 cm) de 1 mm de grosor con una resolución de 960 × 540 píxeles, una décima parte del grosor de la XEL-1.

En julio de 2008, un organismo del gobierno japonés dijo que financiaría un proyecto conjunto de empresas líderes, que consiste en desarrollar una tecnología clave para producir grandes pantallas orgánicas que ahorran energía. El proyecto involucra un laboratorio y 10 empresas, incluida Sony Corp. NEDO dijo que el proyecto tenía como objetivo desarrollar una tecnología central para producir en masa pantallas OLED de 40 pulgadas o más grandes a fines de la década de 2010.

En octubre de 2008, Sony publicó los resultados de una investigación que llevó a cabo con el Instituto Max Planck sobre la posibilidad de comercializar pantallas plegables para el mercado masivo, que podrían reemplazar las pantallas LCD rígidas y las pantallas de plasma. Eventualmente, las pantallas flexibles y transparentes podrían apilarse para producir imágenes 3D con relaciones de contraste y ángulos de visión mucho mayores que los productos existentes.

Sony exhibió una pantalla de 24,5" (62 cm) prototipo de televisor OLED 3D durante el Consumer Electronics Show en enero de 2010.

En enero de 2011, Sony anunció que la videoconsola portátil PlayStation Vita (la sucesora de la PSP) contará con una pantalla OLED de 5 pulgadas.

El 17 de febrero de 2011, Sony anunció su 25" (63,5 cm) Monitor de referencia profesional OLED dirigido al mercado de posproducción de cine y drama de alta gama.

El 25 de junio de 2012, Sony y Panasonic anunciaron una empresa conjunta para crear televisores OLED de producción en masa de bajo costo para 2013. Sony presentó su primer televisor OLED desde 2008 en CES 2017 llamado A1E. Reveló otros dos modelos en 2018, uno en CES 2018 llamado A8F y otro Master Series TV llamado A9F. En CES 2019 dieron a conocer otros dos modelos uno el A8G y el otro otro televisor Bravia Series llamado A9G. Luego, en CES 2020, revelaron el A8H, que era efectivamente un A9G en términos de calidad de imagen pero con algunos compromisos debido a su menor costo. En el mismo evento, también revelaron una versión de 48 pulgadas del A9G, lo que lo convierte en el televisor OLED más pequeño desde el XEL-1.

LG

El 9 de abril de 2009, LG adquirió el negocio OLED de Kodak y comenzó a utilizar la tecnología OLED blanca. A partir de 2010, LG Electronics produjo un modelo de televisor OLED, el 15EL9500 de 15 pulgadas (38 cm) y había anunciado un televisor OLED 3D de 31 pulgadas (79 cm) para marzo de 2011. El 26 de diciembre de 2011, LG anunció oficialmente el & #34;el panel OLED de 55 pulgadas (140 cm) más grande del mundo" y lo presentó en CES 2012. A finales de 2012, LG anuncia el lanzamiento del televisor OLED 55EM9600 en Australia.

En enero de 2015, LG Display firmó un acuerdo a largo plazo con Universal Display Corporation para el suministro de materiales OLED y el derecho a utilizar sus emisores OLED patentados.

Mitsubishi

Lumiotec es la primera empresa en el mundo que desarrolla y vende, desde enero de 2011, paneles de iluminación OLED producidos en masa con tal brillo y larga vida útil. Lumiotec es una empresa conjunta de Mitsubishi Heavy Industries, ROHM, Toppan Printing y Mitsui & Co. El 1 de junio de 2011, Mitsubishi Electric instaló una 'esfera' OLED de 6 metros. en el Museo de Ciencias de Tokio.

Grupo de recomendaciones

El 6 de enero de 2011, la empresa de tecnología Recom Group, con sede en Los Ángeles, presentó la primera aplicación OLED para pantallas pequeñas en el Consumer Electronics Show de Las Vegas. Este era un 2.8" (7 cm) Pantalla OLED que se usa como una etiqueta de nombre de video portátil. En el Consumer Electronics Show de 2012, Recom Group presentó la primera bandera de micrófono de video del mundo que incorpora tres micrófonos de 2,8 " (7 cm) pantallas OLED en la bandera del micrófono de una emisora estándar. La bandera de micrófono de video permitió que el contenido de video y la publicidad se mostraran en una bandera de micrófono estándar de emisoras.

Dell

El 6 de enero de 2016, Dell anunció el monitor OLED Ultrasharp UP3017Q en el Consumer Electronics Show de Las Vegas. Se anunció que el monitor contará con un panel OLED 4K UHD de 30 pulgadas (76 cm) con una frecuencia de actualización de 120 Hz, un tiempo de respuesta de 0,1 milisegundos y una relación de contraste de 400 000:1. El monitor se vendería a un precio de $4999 y se lanzaría en marzo de 2016, solo unos meses después. A fines de marzo, el monitor no se lanzó al mercado y Dell no habló sobre los motivos del retraso. Los informes sugirieron que Dell canceló el monitor porque la compañía no estaba satisfecha con la calidad de imagen del panel OLED, especialmente con la cantidad de variación de color que mostraba cuando mirabas el monitor desde los lados. El 13 de abril de 2017, Dell finalmente lanzó al mercado el monitor OLED UP3017Q a un precio de $ 3499 ($ 1500 menos que su precio original hablado de $ 4999 en CES 2016). Además de la caída del precio, el monitor presentaba una frecuencia de actualización de 60 Hz y una relación de contraste de 1 000 000:1. A partir de junio de 2017, el monitor ya no está disponible para su compra en el sitio web de Dell.

Manzana

Apple comenzó a usar paneles OLED en sus relojes en 2015 y en sus computadoras portátiles en 2016 con la introducción de una barra táctil OLED en la MacBook Pro. En 2017, Apple anunció la presentación de su décimo aniversario iPhone X con su propia pantalla OLED optimizada con licencia de Universal Display Corporation. Con la excepción de la línea iPhone SE, todos los iPhone lanzados desde entonces también cuentan con pantallas OLED.

Nintendo

Un tercer modelo de Nintendo's Switch, un sistema de juego híbrido, cuenta con un panel OLED en lugar del panel LCD del modelo original. Anunciado en el verano de 2021, se lanzó el 8 de octubre de 2021.

Investigación

En 2014, Mitsubishi Chemical Corporation (MCC), una subsidiaria de Mitsubishi Chemical Holdings, desarrolló un panel OLED con una vida útil de 30 000 horas, el doble que los paneles OLED convencionales.

La búsqueda de materiales OLED eficientes ha sido ampliamente respaldada por métodos de simulación; es posible calcular propiedades importantes computacionalmente, independientemente de la entrada experimental, lo que abarata el desarrollo de materiales.

El 18 de octubre de 2018, Samsung mostró su hoja de ruta de investigación en su Samsung OLED Forum 2018. Esto incluía huella digital en pantalla (FoD), sensor debajo del panel (UPS), háptico en pantalla (HoD) y sonido en pantalla (SoD).

Varios vendedores también están investigando cámaras con OLED (Cámaras con pantalla inferior). Según IHS Markit, Huawei se ha asociado con BOE, Oppo con China Star Optoelectronics Technology (CSOT), Xiaomi con Visionox.

En 2020, investigadores de la Universidad Tecnológica de Queensland (QUT) propusieron usar cabello humano, que es una fuente de carbono y nitrógeno, para crear pantallas OLED.