Trabalho Academico sobre OLED

OLED

(Organic Light-Emitting Diode)

Introdução

Definição OLED é a sigla para Diodo Orgânico Emissor de Luz, em inglês Organic Light-Emitting Diode.

A mesma tecnologia também é chamada por alguns fabricantes de OEL, (Organic Eletro-Luminescence).

Desenvolvida pela Kodak em 1987, a tecnologia OLED é atualmente considerada a mais promissora a ser empregada nos meios de comunicação visuais. Embora oficialmente ainda não faça parte do mercado, é a tecnologia que futuramente substituirá os monitores e displays de plasma e LCD, atualmente considerados os mais avançados.

A idéia por trás do OLED é usar diodos orgânicos, compostos por moléculas de carbono que emitem luz ao receberem uma carga elétrica. A vantagem é que, ao contrário dos diodos tradicionais, essas moléculas podem ser diretamente aplicadas sobre a superfície da tela, usando um método de impressão.

Acrescentados os filamentos metálicos que conduzem os impulsos elétricos a cada célula, está pronta uma tela a um custo extremamente baixo. Uma das principais características da tela orgânica é que ela possui luz própria. Com isto não necessita de luz de fundo ou luz lateral (backlight ou sidelight), ocupando assim menos espaço, fatores que tornam a tecnologia muito interessante para uso em computadores de mão e notebooks.

Outra importante característica é que, por emitir luz própria, cada OLED, quando não polarizado, torna-se obscuro, obtendose assim o “preto real”, diferentemente do que ocorre com LCDs, que não conseguem obstruir completamente a luz de fundo e ainda neste caso não há consumo de energia para a modulação de luz de fundo.

Além destas vantagens as telas OLED possuem baixos tempos de resposta (uma das principais desvantagens do LCD), podem ser visualizadas de diversos ângulos (até 180º), têm contraste muito melhor (de 1000:1 contra 100:1 das telas LCD no escuro), suportam melhor o calor e o frio, além de ser produzidas de forma mais simplificada e usando menos materiais do que os LCDs.

Mas,afinal...

o que é um OLED? Vamos começar pelo começo.

O que ĂŠ um...

semicondutor?

O silício é um elemento muito comum: ele é o principal elemento na areia e no quartzo, por exemplo. Se você procurar “silício” na tabela periódica, verá que ele está ao lado do alumínio, abaixo do carbono e sobre o germânio.

O silício está posicionado ao lado do alumínio e abaixo do carbono na tabela periódica.

O carbono, o silício e o germânio (que assim como o silício, também é um semicondutor) possuem uma propriedade única em sua estrutura de elétrons, cada um possui quatro elétrons em sua órbita mais externa.

Isso permite que eles formem bons cristais.

Os quatro elétrons formam ligações covalentes perfeitas com quatro átomos vizinhos, criando um reticulado. No carbono, conhecemos a forma cristalina como diamante. No silício, a forma cristalina é uma substância metálica prateada.

Em um reticulado de silício, todos os átomos do silício ligam-se perfeitamente a quatro vizinhos, não deixando nenhum elétron livre para conduzir a corrente elétrica.

Isso torna um cristal de silício isolante, ao invés de condutor

Metais tendem a ser bons condutores de eletricidade, já que normalmente possuem “elétrons livres”, que conseguem se mover facilmente entre os átomos e a eletricidade envolve o fluxo de elétrons. Apesar de os cristais de silício terem aparência metálica, não são, de fato, metálicos.

Todos os elétrons externos em um cristal de silício estão envolvidos em ligações covalentes perfeitas, de forma que não podem se mover entre os átomos.

Um cristal de silício puro é praticamente um isolante, muito pouca eletricidade passa por ele. É possível alterar o comportamento do silício e transformá-lo em um condutor dopando-o. Na dopagem, mistura-se uma pequena quantidade de impurezas a um cristal de silício.

Existem dois tipos de impurezas: • Tipo N - Na dopagem tipo N, o fósforo ou o arsênico é adicionado ao silício em pequenas quantidades. O fósforo e o arsênico possuem cinco elétrons externos cada um, de forma que ficam fora de posição quando entram no reticulado de silício.

O quinto elétron não tem a que se ligar, ganhando liberdade de movimento. Apenas uma pequena quantidade de impurezas é necessária para criar elétrons livres o suficiente para permitir que uma corrente elétrica flua pelo silício. O silício tipo N é um bom condutor. Os elétrons possuem uma carga negativa, daí o nome tipo N.

• Tipo P - Na dopagem tipo P, o boro ou o gálio é o dopante. O gálio e o boro possuem apenas três elétrons externos cada um. Quando misturados no reticulado de silício,formam“buracos”ou“lacunas” na treliça e um elétron do silício não tem a que se ligar. A ausência de elétron cria o efeito de uma carga positiva, daí o nome tipo P. Lacunas podem conduzir corrente. Uma lacuna aceita muito bem um elétron de um vizinho, movendo a lacuna em um espaço. O silício tipo P é um bom condutor.

Uma quantidade minúscula de dopagem tipo N ou tipo P leva um cristal de silício de bom isolante a um condutor viável, mas não excelente - daí o nome “semicondutor”.

Os silícios tipo N e tipo P não são tão impressionantes sozinhos; mas quando você os coloca juntos, consegue um comportamento bem interessante na união dos dois.

O que é um...

Diodo?

O diodo é o dispositivo semicondutor mais simples possível. Um diodo permite que a corrente flua em uma direção, mas não na outra. Quando você coloca juntos o silício tipo N e tipo P, como mostrado na figura abaixo, obtém um fenômeno bem interessante, que dá ao diodo suas propriedades únicas.

Mesmo que o silício tipo N e o silício tipo P sozinhos sejam condutores, a combinação mostrada no diagrama não conduz eletricidade. Os elétrons negativos no silício tipo N são atraídos para o terminal positivo da bateria. As lacunas positivas no silício tipo P são atraídas para o terminal negativo da bateria. Nenhuma corrente flui pela junção, pois as lacunas e os elétrons estão se movendo na direção errada .

Se você inverter a bateria, o diodo conduz a eletricidade muito bem. Os elétrons livres no silício tipo N são repelidos pelo terminal negativo da bateria. As lacunas no silício tipo P são repelidas pelo terminal positivo.

Na junção entre o silício tipo N e o silício tipo P as lacunas e os elétrons se encontram.

Os elétrons preenchem as lacunas. Ambos deixam de existir e novas lacunas e elétrons surgem em seu lugar. O efeito é que a corrente flui pela junção.

Um dispositivo que bloqueia a corrente em uma direção, enquanto a deixa fluir em outra, é o que chamamos de diodo. Os diodos podem ser utilizados de diferentes maneiras. Um dispositivo que utiliza pilhas, por exemplo, normalmente contém um diodo que o protege se você inserir as pilhas ao contrário.

O diodo simplesmente bloqueia qualquer corrente que tente deixar a pilha se ela estiver ao contrĂĄrio; isso protege os sensĂ­veis componentes eletrĂ´nicos no dispositivo.

Alguns exemplos de diodos.

Como funciona um...

LED?

Luz é uma forma de energia que pode ser liberada por um átomo. Ela é feita de uma grande quantidade de pequenos pacotes tipo partículas que têm energia e momento, mas nenhuma massa.

Estas partículas, chamadas fótons, são as unidades básicas da luz. Os fótons são liberados como um resultado do movimento de elétrons. Em um átomo, os elétrons se movem em orbitais ao redor do núcleo. Elétrons em orbitais diferentes têm quantidades diferentes de energia.

De maneira geral, os elétrons com mais energia se movem em orbitais mais distantes do núcleo.

Para um elétron pular de um orbital mais baixo para um mais alto, algo deve aumentar seu nível de energia. Inversamente, um elétron libera energia quando “cai” de um orbital mais alto para um mais baixo.

Essa energia é liberada na forma de um fóton.

Como vimos acima, elétrons livres se movendo através de um diodo podem cair em buracos de uma camada tipo-P. Isto envolve uma “queda” a partir da banda de condução para um orbital mais baixo, quando então os elétrons liberam energia na forma de fótons. Isso acontece em qualquer diodo, mas você pode apenas

ver os fótons quando o diodo é composto por um material específico. Por exemplo, os átomos em um diodo de silício padrão são arrumados de forma que os elétrons “saltem” uma distância relativamente curta. Como resultado, a freqüência do fóton é tão baixa que é invisível ao olho humano - está na porção infravermelha do espectro de luz. Certamente, isto não é necessariamente algo ruim: LEDs infravermelhos são ideais para controles remotos, entre outras coisas.

Diodos emissores de luz visível (VLEDs), como os que iluminam um relógio digital, são feitos com materiais que possuem uma grande distância entre a banda de condução e as orbitais mais baixos.

A distância determina a freqüência do fóton - em outras palavras, ela determina a cor da luz.

Enquanto todos os diodos liberam luz, a maioria não o faz muito eficientemente. Em um diodo comum, o próprio material semicondutor termina absorvendo parte da energia da luz.

Os LEDs são fabricados especialmente para liberar um grande número de fótons para fora. Além disso, eles são montados em bulbos de plásticos que concentram a luz em uma direção específica. Como vemos na imagem, a maior parte da luz do diodo ricocheteia pelas laterais do bulbo, viajando na direção da ponta redonda.

Os LEDs têm muitas vantagens sobre lâmpadas incandescentes convencionais. Uma delas é que eles não têm um filamento que se queime e então durarão muito mais tempo. Além disso, seus pequenos bulbos de plástico os tornam muito mais duráveis.

Eles também cabem mais facilmente nos modernos circuitos eletrônicos.

Mas a principal vantagem é a eficiência. Em uma lâmpada incandescente convencional, o processo de produção de luz envolve a geração de muito calor (o filamento deve ser aquecido). Isso é energia totalmente desperdiçada. A menos que você use lâmpadas como aquecedor, porque uma enorme porção de eletricidade disponível não está indo para a produção de luz visível. LEDs geram pouco calor. Uma porcentagem muito mais alta de energia elétrica está indo diretamente para a geração de luz, o que diminui a demanda de eletricidade consideravelmente.

Até recentemente, os LEDs eram muito caros para serem usados na maioria das aplicações de iluminação, porque eles são feitos com material semicondutor avançado. Entretanto, o preço de dispositivos semicondutores tem caído na última década, tornando os LEDs uma opção de iluminação mais viável para uma grande variedade de situações.

Embora inicialmente eles possam ser mais caros que as luzes incandescentes, seu custo mais baixo ao longo do tempo de uso faz deles uma melhor aquisição. No futuro, os diodos terão um papel ainda mais importante no mundo da tecnologia.

LEDs de cores diversas

Como funciona um...

OLED?

Como o LED, o OLED é um dispositivo semicondutor de estado sólido com espessura de 100 a 500 nanômetros e aproximadamente 200 vezes menor que um fio de cabelo humano. Os OLEDs podem ter duas ou três camadas de material orgânico. Nos projetos mais novos, a terceira camada ajuda a transportar elétrons do cátodo para a camada emissiva.

Aqui nos concentraremos no projeto de duas camadas.

O OLED consiste nas seguintes partes: * substrato (plástico transparente, vidro, lâmina) - o substrato dá suporte ao OLED; * ânodo (transparente) - o ânodo remove elétrons (adiciona “buracos” de elétron) quando uma corrente passa através do dispositivo; * camadas orgânicas - estas camadas são feitas de moléculas orgânicas ou polímeros;

* camada condutora - esta camada é feita de moléculas de plástico orgânico que transportam “buracos” do ânodo.

Um polímero condutor usado nos OLEDs é a polianilina; * camada emissiva - esta camada é feita de moléculas plásticas orgânicas (são diferentes da camada condutora), que transportam elétrons do cátodo. É aqui que a luz é gerada. Um polímero usado na camada emissiva é o polifluoreno. * Cátodo - pode ou não ser transparente dependendo do tipo de OLED - o cátodo injeta elétrons quando a corrente passa através do dispositivo.

Os OLEDs emitem luz de maneira similar aos LEDs, atravĂŠs de um processo chamado eletrofosforescĂŞncia.

O processo funciona da seguinte maneira:

1. a bateria ou fonte de alimentação do dispositivo contendo o OLED, aplica uma voltagem através do OLED; 2. uma corrente elétrica flui do cátodo para o ânodo através das camadas orgânicas (a corrente elétrica é um fluxo de elétrons): * o cátodo fornece elétrons à camada emissiva das moléculas orgânicas; * o ânodo remove elétrons da camada condutiva das moléculas orgânicas, isto é equivalente a entregar buracos de elétrons à camada condutiva; 3. no limite entre as camadas emissiva e condutiva, os elétrons encontram buracos de elétrons: * quando um elétron encontra um buraco de elétron, preenche o buraco (esse elétron cai no nível de energia do átomo que perdeu um elétron);

* quando isso acontece, o elétron fornece energia na forma de um fóton de luz (consulte Como funciona a luz); 4. o OLED emite luz; 5. a cor da luz depende do tipo de molécula orgânica na camada emissiva. Os fabricantes colocam vários tipos de filmes orgânicos no mesmo OLED para fazer displays coloridos; 6. a intensidade ou brilho da luz depende da quantidade de corrente elétrica aplicada. Quanto maior for a corrente, maior será o brilho da luz.

Tipos de OLEDs Existem vários tipos de OLEDs: * OLED com matriz passiva * OLED com matriz ativa * OLED transparente * OLED de emissão superior * OLED dobrável * OLED branco Cada tipo tem usos diferentes. Nas seções a seguir, discutiremos cada tipo de OLED.

OLED de matriz passiva (PMOLED) Os PMOLEDs têm tiras de cátodo, camadas orgânicas e tiras de ânodo. As tiras de ânodo são arranjadas perpendicularmente às tiras de cátodo. As interseções do cátodo com o ânodo formam os pixels onde a luz é emitida. O circuito elétrico externo aplica uma corrente às tiras selecionadas de ânodo e cátodo, determinando quais pixels serão ligados e quais permanecerão desligados. Portanto, o brilho de cada pixel é proporcional à quantidade de corrente aplicada.

Os PMOLEDs são fáceis de fazer, mas consomem mais energia do que outros tipos de OLED, principalmente devido à energia necessária para alimentar o circuito externo.

Os PMOLEDs são mais eficientes para textos e ícones e mais adequados para telas menores (2 a 3 polegadas de diagonal) como aquelas que você encontra nos telefones celulares, PDAs e MP3 players. Mesmo com o circuito externo, os OLEDs com matriz passiva consomem menos energia da bateria do que os LCDs que são usados atualmente nesses dispositivos.

OLED com matriz ativa (AMOLED) Os AMOLEDs têm camadas completas de cátodo, moléculas orgânicas e ânodo, mas a camada de ânodo se sobrepõe a uma estrutura de transistor de filme fino (TFT) que forma uma matriz.

A própria estrutura TFT é o circuito elétrico que determina quais pixels ficam ligados para formar uma imagem.

Os AMOLEDs consomem menos energia do que os PMOLEDs porque a estrutura TFT requer menos energia do que o circuito externo, portanto, são eficientes para grandes displays. Os AMOLEDs também têm taxas de atualização mais rápidas, adequados para vídeo. Os AMOLEDs se adaptam melhor para monitores de computadores, TVs de tela grande e avisos eletrônicos ou painéis de anúncios.

OLED transparente OLEDs transparentes têm apenas componentes transparentes (substrato, cátodo e ânodo) e, quando desligados, são até 85% tão transparentes quanto seu substrato.

Quando um display de OLED transparente é ligado, permite que a luz passe nas duas direções. O display OLED transparente pode ter matriz ativa ou passiva.

Essa tecnologia pode ser usada para displays “heads-up”.

OLED de emissão superior Os OLEDs de emissão superior têm um substrato que pode ser opaco ou refletivo. Eles são mais adequados para projetos com matrizes ativas. Os fabricantes podem usar os displays OLED de emissão superior em cartões inteligentes.

OLED dobrável Os OLEDs dobráveis têm substratos feitos de lâminas metálicas ou de plásticos muito flexíveis. Os OLEDs dobráveis são muito leves e duráveis. O seu uso em dispositivos tais como telefones celulares e PDAs, pode reduzir as quebras, a maior causa das devoluções ou reparos. De modo geral, os displays OLED dobráveis podem ser costurados em tecidos para fabricação de roupas “inteligentes”, tais como roupas de sobrevivência externa com chip de computador integrado, telefone celular, receptor GPS e display OLED costurado a ela.

Exemplo de OLED em substrato flexĂ­vel.

Primeira luminรกria OLED do mundo, assinada por Ingo Maurer.

Close do display OLED.

Vantagens do

OLED?

O LCD é, atualmente, o display escolhido para pequenos dispositivos e também é popular para as TVs de tela grande. Os LEDs normais formam, freqüentemente, os dígitos em relógios digitais e outros dispositivos eletrônicos. Os OLEDs oferecem muitas vantagens sobre os LCDs e LEDs: * as camadas orgânicas de plástico do OLED são mais finas, leves e flexíveis do que as camadas cristalinas do LED ou LCD; * como as camadas de emissão de luz do OLED são mais leves, o substrato do OLED pode ser flexível ao invés de rígido.

Os substratos do OLED podem ser de plástico, ao contrário do vidro usado nos LEDs e LCDs;

* os OLEDs são mais brilhantes do que os LEDs. Como as camadas orgânicas do OLED são mais finas do que as camadas de cristal inorgânico correspondentes de um LED, as camadas condutiva e emissiva do OLED podem ser sobrepostas. Da mesma forma, os LEDs e os LCDs precisam do vidro como suporte e o vidro absorve alguma luz. Os OLEDs não precisam de vidro; * os OLEDs não precisam de luz de fundo como os LCDs. Os LCDs funcionam através do bloqueio seletivo das áreas de luz de fundo para montar as imagens que você vê, enquanto os OLEDs geram a própria luz. Como os OLEDs não necessitam de luz de fundo, eles consomem muito menos energia do que os LCDs (a maior parte da energia do LCD vai para a luz de fundo).

Isto é especialmente importante para dispositivos que funcionam com bateria, como os telefones celulares; * os OLEDs são mais fáceis de serem produzidos e podem ser feitos em tamanhos maiores. Como os OLEDs são essencialmente plásticos, podem ser feitos no formato de folhas grandes e finas. Já é muito mais difícil crescer e distribuir com esse formato tantos cristais líquidos; * os OLEDs possuem grandes campos de visualização, aproximadamente 170 graus. Como os LDCs funcionam bloqueando a luz, eles apresentam um obstáculo natural de visualização de determinados ângulos. Os OLEDs produzem sua própria luz, portanto, têm um alcance maior de visualização.

Desvantagens do

OLED?

O OLED parece ser a tecnologia perfeita para todos os tipos de displays, mas ele também apresenta alguns problemas: * vida útil - enquanto os filmes de OLED vermelho e verde apresentam uma longa vida útil (10 mil a 40 mil horas), os orgânicos azuis apresentam atualmente uma vida útil mais curta (apenas mil horas aproximadamente); * fabricação- os processos de fabricação são caros atualmente; * água- a água pode facilmente danificar os OLEDs.

Aplicações atuais e futuras do

OLED?

Atualmente, os OLEDs são usados em dispositivos de tela pequena como telefones celulares, PDAs e câmeras digitais.

Em setembro de 2004, a Sony Corporation anunciou que estava começando a produção em massa das telas de OLED para seu modelo CLIE PEG-VZ90, um aparelho portátil de entretenimento pessoal.

Display de OLED do Sony Clie.

A Kodak já usa displays de OLED em seus vários modelos de câmeras digitais.

Kodak LS633 EasyShare com display de OLED.

Vรกrias empresas jรก fabricaram protรณtipos de monitores para computadores e TVs de tela grande. Em maio de 2005, a Samsung Electronics anunciou que tinha desenvolvido o primeiro televisor ultra fino, usando tela de OLED de 40 polegadas

Protótipo de TV de OLED com 40 polegadas da Samsung.

A pesquisa e o desenvolvimento no campo dos OLEDs está avançando rapidamente e pode liderar as aplicações do futuro com displays “heads-up”, painéis automotivos, displays para quadros de anúncios, iluminação no lar e no escritório e displays flexíveis.

Como os OLEDs se atualizam mais rápido do que os LCDs (quase mil vezes mais rápido), um dispositivo com display de OLED poderá alterar a informação quase em tempo real. As imagens de vídeo poderão ser mais realistas e constantemente atualizadas. O jornal do futuro poderá ser um display de OLED que se atualizará com notícias de última hora e, como um jornal normal, você poderá dobrálo quando terminar de ler e enfiá-lo em sua mochila ou maleta.

Fim