¿Qué es la tecnología OLED?

Nuestro mundo está lleno de pantallas. Nuestra casa, en la calle, carteles, pantallas promocionales, nuestros smartphones. La información visual nos rodea y cada vez se necesitan mayores resoluciones y mayor calidad en la imagen que nos proporcionan. Actualmente, las tecnologías que dominan la fabricación de pantallas son la LCD con sus pantallas IPS muy utilizadas en celulares y que compite con la tecnología LED. Esta última tiene varias variantes, siendo la más popular para los teléfonos móviles la AMOLED debido a las grandes ventajas en cuanto a calidad del color y consumo energético.

Las pantallas AMOLED están basadas en la tecnología OLED, la cual se encuentra en auge por las grandes ventajas que ofrece y está llamada a ser el futuro en las pantallas de iluminación LED. Actualmente se pueden encontrar pantallas OLED de todo tipo, desde celulares hasta televisores y pantallas de grandes dimensiones.

Tecnología OLED, cómo funciona

Los OLEDs son dispositivos optoelectrónicos que consisten en un diodo que contiene una capa electroluminiscente basada en sustratos orgánicos, los cuales emiten luz bajo estimulaciones eléctricas.

Un OLED está formado básicamente por las siguientes capas:

  1. Capa de Inyección de Electrones (EIL).
  2. Capa para el Transporte de Electrones (ETL).
  3. Capa de Emisión (EML).
  4. Capa para el Transporte de Huecos (HTL).
  5. Capa para la Inyección de Huecos (HIL).

Las capas generalmente son fabricadas con moléculas o polímeros que conducen la electricidad. Sus niveles de conductividad eléctrica se encuentran entre los de un aislante y un conductor, por lo que se denominan semiconductores orgánicos. Estas capas están comprendidas entre dos electrodos (ánodo y cátodo) a los que se les aplica una diferencia de potencial.

Estructura básica de un OLED

La elección de los materiales orgánicos y la estructura de las capas son esenciales para el funcionamiento del dispositivo pues definen características como: color emitido, tiempo de vida y eficiencia energética. 

Para que el dispositivo comience a funcionar se aplica un voltaje a través del OLED de manera que el ánodo sea positivo respecto al cátodo. Bajo estas condiciones los huecos son inyectados desde el ánodo y los electrones desde el cátodo.  Los portadores de carga se mueven a través de la capa de transporte (mediante mecanismo de hopping) y se encuentran en la capa de emisión, donde se forman pares electrón-hueco y se liberan fotones.

Variantes de la tecnología OLED

SMOLED: OLED de pequeñas moléculas

El avance más trascendental de esta tecnología fue el descubrimiento de un diodo emisor de luz verde por los científicos de Kodak en 1987. El mismo sirvió como base para la obtención de OLEDs de eficiencia eléctrica elevada utilizando materiales orgánicos de pequeña molécula.

La eficiencia cuántica interna (IQE) nos brinda una medida de la cantidad de fotones emitidos según la energía aplicada al OLED. Para los SMOLEDs, basados en materiales fluorescentes, está limitada a un 25%. El máximo alcanzado hasta la fecha es de un 28,5%, logrado por Sony e Idemitsu Kosan en mayo de 2008 para un OLED emisor de luz azul. Sin embargo, los SMOLEDs fluorescentes, SM-PHOLEDs, alcanzan eficiencias cuánticas aproximadas de un 100%. Estas eficiencias superan ampliamente las de cualquiera de las variantes anteriores y han animado los nuevos desarrollos en ingeniería de estos dispositivos.

En este tipo de estructura se emplean los materiales donadores de electrones y los aceptores de electrones como materiales para las capas del transporte de huecos y para las capas del transporte de electrones. La capa de emisión funciona como centro de recombinación para que los portadores (electrones y huecos) inyectados generen estados excitados o excitones, que pueden emitir luminiscencia.

PLEDS: LED basado en polímeros

Los polímeros conjugados semiconductores son importantes como materiales activos en una nueva generación de dispositivos electrónicos y ópticos, incluyendo los PLEDS, fotodetectores y células fotovoltaicas.

Los diodos emisores de luz convencionales se fabrican a partir de cristales inorgánicos. Estos funcionan perfectamente bien para algunas aplicaciones pero no son apropiados en entornos que requieran grandes superficies, matrices de diferentes colores o flexibilidad mecánica. Por el contrario, los LEDS fabricados empleando polímeros semiconductores resultan atractivos debido a que pueden ser estampados fácilmente sobre grandes superficies y sobre cualquier tipo de sustrato, son capaces de emitir en todo el espectro visible y son flexibles.

Estructura de un OLED fabricadocon polímeros semiconductores

Una de los procedimientos fundamentales para el procesamiento de los PLEDs se realiza mediante la disolución de una película delgada de polímero semiconductor entre dos electrodos para la inyección de cargas. El dispositivo se construye sobre un sustrato de vidrio o de plástico recubierto con un electrodo transparente. A continuación, se deposita la película de polímero semiconductor luminiscente, normalmente con un espesor entre 50 y 200 nm, que deberá de cumplir múltiples funciones, entre ellas: transporte de huecos, transporte de electrones y recombinación de excitones. Finalmente, se completa el dispositivo depositando un metal con función de trabajo baja (como por ejemplo Calcio) como cátodo.

SMOLEDs vs PLEDs

La siguiente tabla resume las principales características de estas dos variantes de los diodos orgánicos emisores de luz. Por sus principios, ambas tecnologías deben de coexistir y su utilización va a estar determinada según las necesidades de nuestro proyecto.

Propiedades SMOLED PLED
Preparación Sublimación en Vacío Spin coating (Cond. ambientales)
Ventajas *Control de la pureza *Compatibilidad con la tecnología CMOS. *Bajo costo de su producción (patternig mediante impresón)
Desventajas *Se necesitan sistemas de vacío caros *Problemas de alineación de máscaras en OLEDs multicolor *Impurezas *Incompatibilidad de solubilidad
Conductividad Sin dopar 10.8 S/cm La misma, pero son posibles polímeros conductivos mediante dopado químico
Voltaje de operación 4.5-6 V (para 100 cd/ ) 2.5-3.5 V (para 100 cd/ )
Tiempo de vida >10000 h Comparables excepto para el azul

Pantallas con tecnología OLED

Debido a que realizar el procesamiento de un polímero electroluminiscente desde una solución es sencillo se han introducido métodos potencialmente baratos para fabricar pantallas y displays pixelados. En el caso particular de los displays pixelados se dividen en dos categorías atendiendo al modo en que los píxeles individuales son encendidos y apagados. En este sentido se distinguen las pantallas de matrices activas (AMOLED) y las pantallas de matrices pasivas (PMOLED).

Pantallas AMOLED

La pantalla AMOLED tiene un circuito de conmutación basado en un TFT (Transistor de Película Fina) embebido en el área de cada píxel individual. Para este tipo de pantallas el polímero electroluminiscente y el cátodo se depositan directamente sobre el plano posterior de TFT premanofacturado. En esta tecnología el circuito TFT mantiene los píxeles a un brillo constante y la imagen se refresca a tasas de video (por ejemplo 60 Hz).

Estructura de una pantalla de matriz activa

Pantallas PMOLED

Las pantallas de matriz pasiva utilizan electrodos estampados en forma de filas y columnas. Como resultados de esta configuración solo el píxel que resulta de la intersección de una columna específica del ánodo y una fila específica del cátodo, que estén activados simultáneamente dará luz. La imagen se genera escaneando las filas y columnas del circuito con un driver apropiado.

Estructura de una pantalla de matriz pasiva

PMOLED vs AMOLED

Los dispositivos PMOLED son de fácil y económica construcción, pero están limitados a tamaños pequeños (alrededor de las 3 pulgadas). Su programación es compleja debido al método de filas y columnas que utiliza para su funcionamiento, además tienen menor eficiencia en potencia respecto a las pantallas AMOLED. Por su parte, las pantallas AMOLED son costosas y más difíciles de construir que las PMOLED, pero pueden ser utilizados en pantallas de gran tamaño (alrededor de las 40 pulgadas) y su eficiencia en potencia es muy alta.

Tecnología OLED vs QLED

Sin lugar a dudas las tecnologías que dominan la fabricación de pantallas para TVs en la actualidad son la OLED y la QLED. A pesar de las grandes ventajas que poseen los monitores fabricados con OLED vale destacar que la tecnología LCD no ha detenido su perfeccionamiento, dando como resultado la aparición de la QLED. Estas pantallas son producidas por Samsung y su denominación viene del inglés Quantum Dot LED.

En sí utilizan la misma tecnología que las pantallas LED LCD, pero incorporan una capa de puntos cuánticos (quantum dots) al conjunto de capas que comforman una lámina LCD. Estos puntos están formados por moléculas microscópicas que emiten su propia luz coloreada cuando son impactadas con un rayo de luz. Luego la iluminación obtenida es transmitida a través de otra capas, incluyendo el cristal líquido, hasta crear la imagen final. Como resultado este tipo de pantallas son capaces de producir imáginas con una mayor calidad y mayor brillo.

Actualmente estas dos tecnología compiten fuertemente por el futuro en cuanto a la producción de pantallas. Una comparación entre OLEDs y QLEDs teniendo en cuenta varias características esenciales puede ser de mucha utilidad a la hora de escoger qué televisor comprar.

Calidad de la imagen

En este caso las pantallas OLED son superiores. Debido a que están constituidas por miles de puntos que emiten su propia luz de color la calidad obtenida es mayor que en el caso de las pantallas QLED y LCD en general. Estas últimas filtran la luz trasera de la pantalla para obtener la imagen deseada. Por otra parte la luz emitida por los OLED crea imagenes más nítidas.

Las pantallas QLED han logrado obtener una gran calidad de imagen en el caso de las más costosas pero en ello no interviene mucho la capa de puntos cuánticos sino que se obtiene como resultado de otras mejoras introducidas en otros aspectos de la pantalla. Como resultado esta carácterística es muy variable entre estas pantallas, de las más baratas a las más costosas. Por otro lado la imagen en las pantallas OLED tienen casi la misma calidad sin importar su precio, con variaciones muy pequeñas.

Contraste y nivel de Negro

Debido a la naturaleza de los OLED, este tipo de pantallas tienen un nivel de negro perfecto ya que este se obtiene apagando completamente los píxeles. De esta forma es posible obtener un contraste virtualmente infinito. Si bien las mejores pantallas QLED logran obtener un negro bastante cercano al ideal, siguen permitiendo el paso de la luz y por tanto producen un negro con tonalidades más grises.

Brillo

Las pantallas LCD, y por tanto las QLED, tienen un brillo superior a las pantallas OLED lo que las hace preferibles en entornos con mucha iluminación. No obstante los televisores OLED actules poseen niveles de brillo bastante aceptables y son capaces de brindar imágenes de calidad en varios entornos de iluminación.

Uniformidad y ángulos de visión

Las pantallas basadas en LCD poseen menores ángulos de visión que las OLED. Estas últimas mantienen la visión de la imagen sin cambios desde ángulos bastante amplios. Además la uniformidad de la imagen es casi perfecta en las pantallas OLED, no siendo así en las LCD, las cuales tienen zonas más iluminadas que otras.

Pantallas flexibles FOLED

Este tipo de pantallas OLED están construidas sobre un sustrato flexible, ya sea un plástico con esta propiedad o una delgada lámina de metal. Estos son cada vez más utilizados en la actualidad, integrándose actualmente a la producción de ropa inteligente como trajes de supervivencia.

Los OLED flexibles confieren propiedades ventajosas a las pantallas debido a su forma delgada y ultraligera aspecto clave en la fabricación de teléfonos móviles, ordenadores portátiles y televisores ubicados en la pared. Además, los FOLED son duraderos pues son menos frágiles y más resistentes a impactos. Otra ventaja significativa es su flexibilidad lo que permite la elaboración de pantallas que puedan doblarse, flexionarse y conformarse para ajustarse a múltiples superficies.