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Como Funcionam os OLEDs

Pack Man

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Introdução

Imagine uma TV de alta definição com 2 metros de largura e menos de 0,60 cm de espessura, que consuma menos energia do que a maioria das TVs comuns e possa ser enrolada quando não estiver sendo usada. O que você diria se pudesse ter um display "heads up" em seu carro, display transparente usado à frente da cabeça? Que tal um monitor com display embutido em sua roupa? Esses dispositivos podem ser possíveis no futuro com a ajuda de uma tecnologia chamada de diodos de emissão de luz orgânicos (OLEDs – do inglês – Organic Light-Emitting Diodes).

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oled-1.jpg

[SIZE=-2]Foto cedida Samsung Electronics[/SIZE]
[SIZE=-1]Protótipo de TV OLED de 40 polegadas da Samsung.[/SIZE]Veja mais fotos sobre OLEDs (em inglês)[/FONT] Os OLEDs são dispositivos de estado sólido compostos de filmes finos de moléculas orgânicas que criam luz com a aplicação de eletricidade. Os OLEDs podem fornecer displays mais nítidos e brilhantes em dispositivos eletrônicos e usam menos energia do que os diodos emissores de luz (LEDs) convencionais ou displays de cristal líquido (LCDs) usados atualmente.
Como funciona a tecnologia OLED, que tipos de OLEDs são possíveis, como eles se comparam a outras tecnologias luminosas e que problemas eles precisam superar.



Componentes do 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. Neste artigo, nos concentraremos no projeto de duas camadas.
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oled-cell.gif

[/FONT] 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.

[FONT=arial,helvetica][SIZE=+1]Fabricando os OLEDs[/SIZE]
oled-4.jpg

[SIZE=-2]Foto cedida Philips[/SIZE]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]Configuração de laboratório de uma impressora jato de tinta de alta precisão para fabricação dos displays de OLEDs de polímeros[/FONT]
A parte mais importante da fabricação dos OLEDs é aplicar as camadas orgânicas ao substrato. Isto pode ser feito de três maneiras:
  • [FONT=arial,helvetica,sans-serif]Deposição no vácuo ou evaporação térmica no vácuo (VTE) - em uma câmara de vácuo, as moléculas orgânicas são suavemente aquecidas (evaporadas) e colocadas para condensar como filmes finos sobre substratos resfriados. Este processo é caro e ineficiente.[/FONT]

  • [FONT=arial,helvetica,sans-serif]Deposição de vapor da fase orgânica (OVPD) - em uma câmara reatora de baixa pressão e paredes aquecidas, um gás transportador carrega as moléculas orgânicas evaporadas para os substratos resfriados, onde são condensadas sobre filmes finos. O uso de um gás transportador aumenta a eficiência e reduz o custo de fabricação dos OLEDs.[/FONT]

  • [FONT=arial,helvetica,sans-serif]Impressão por jato de tinta - com a [/FONT][FONT=arial,helvetica,sans-serif]tecnologia do jato de tinta[/FONT][FONT=arial,helvetica,sans-serif], os OLEDs são pulverizados sobre os substratos do mesmo modo que a tinta é pulverizada sobre o papel durante a impressão. A tecnologia do jato de tinta reduz enormemente o custo de fabricação dos OLEDs e permite que possam ser impressos em filmes suficientemente grandes para serem usados em displays como telas de TV de 80 polegadas ou placas de anúncios eletrônicas.[/FONT]
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Como os OLEDs emitem luz?

Os OLEDs emitem luz de maneira similar aos LEDs, através de um processo chamado eletrofosforescência.
oled-process.gif

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.

[FONT=arial,helvetica][SIZE=+1]OLED com molécula pequena x OLED com polímero[/SIZE][FONT=arial,helvetica,sans-serif]Os tipos de moléculas usadas pelos cientistas da Kodak, em 1987, para os primeiros OLEDs eram moléculas orgânicas pequenas. Apesar de as moléculas pequenas emitirem luz brilhante, os cientistas tinham que depositá-las sobre os substratos no vácuo ( processo de fabricação chamado de deposição a vácuo, que vimos na seção anterior).[/FONT] [FONT=arial,helvetica,sans-serif]Desde 1990, os pesquisadores têm usado moléculas de polímeros grandes para emitir luz. A fabricação dos polímeros pode ser menos cara, e feita em folhas grandes, assim são mais adequadas para displays de tela grande.[/FONT]
[/FONT]


Tipos de OLEDs: matriz passiva e ativa

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. Vamos começar com os OLEDs de matriz passiva e ativa. [SIZE=+1]OLED de matriz passiva (PMOLED)[/SIZE]
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.

[FONT=arial,helvetica]
oled-passive.gif

[/FONT] 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.
[SIZE=+1]OLED com matriz ativa (AMOLED)[/SIZE]
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.

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oled-active.gif

[/FONT] 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.





Tipos de OLEDs: transparente, de emissão superior, dobrável e branco

[SIZE=+1]OLED transparente[/SIZE]
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".

[FONT=arial,helvetica]
oled-transparent.gif

[/FONT] [SIZE=+1]OLED de emissão superior[/SIZE]
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.

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oled-top-emitting.gif

[/FONT] [SIZE=+1]OLED dobrável[/SIZE]
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.
[SIZE=+1]OLED branco[/SIZE]
Os OLEDs brancos emitem uma luz branca, brilhante e mais uniforme e com energia mais eficiente do que aquela emitida pelas lâmpadas fluorescentes. Os OLEDs brancos também têm a qualidade das cores reais das lâmpadas incandescentes. Como os OLEDs podem ser feitos em folhas grandes, eles podem substituir as lâmpadas fluorescentes que são usadas atualmente em casas e prédios. Seu uso poderá reduzir potencialmente os custos de energia com iluminação.



Vantagens e desvantagens 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 (consulte Como funcionam as LCDs - (telas de cristal líquido). 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;
[SIZE=+1]Problemas do OLED[/SIZE]
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.
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[SIZE=-2]Foto cedida Sony Corporation[/SIZE]
[SIZE=-1]Display de OLED do Sony Clie[/SIZE][/FONT] A Kodak já usa displays de OLED em seus vários modelos de câmeras digitais.

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[SIZE=-2]Foto cedida Shopping.com[/SIZE]
[SIZE=-1]Kodak LS633 EasyShare com display de OLED[/SIZE][/FONT] Várias empresas já fabricaram protótipos 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.

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[SIZE=-2]Foto cedida Samsung Electronics[/SIZE]
[SIZE=-1]Protótipo de TV de OLED com 40 polegadas da Samsung[/SIZE][/FONT] 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 (pense no filme "Minority Report"(em inglês)) e como um jornal normal, você poderá dobrá-lo quando terminar de ler e enfiá-lo em sua mochila ou maleta.



[SIZE=-1]Fontes[/SIZE]


 
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