General Electric desarrolló un artefacto capaz de volver obsoletas las lámparas de pie, veladores y casi todas las otras que están en un hogar en la actualidad
En una ribera del Río Mohawk, cerca de Nueva York, un edificio industrial de acero corrugado oculta algo que podría volver obsoletas las lámparas de pie, veladores y casi todas las otras lámparas hogareñas. Es una máquina que imprime luces.
La máquina, del tamaño de un camión remolque, cubre una lámina plástica de 20 centímetros de ancho con sustancias químicas, y seguidamente la sella con una fina capa de metal. Aplique electricidad a la lámina resultante y ésta se enciende con un resplandor blanco azulado.
Uno puede colgar esa lámina en la pared, enrollarla alrededor de una columna o incluso emplear una versión transparente y pegarla a la ventana. A diferencia de prácticamente todas las otras fuentes artificiales de luz, usted no necesitaría una lámpara para esas láminas, aunque habría que conectarlas.
Las láminas deben su luminescencia a complejos conocidos como diodos orgánicos emisores de luz (OLED). Aunque existen muchos problemas con la tecnología, no se trata del sueño de un empresario inexperto.
Los OLED están comenzando a usarse en televisores y teléfonos celulares, y grandes compañías como Siemens y Philips están dando su apoyo también a la nueva tecnología.
La impresora de OLED fue fabricada por General Electric en sus instalaciones científicas en el norte de Nueva York. Un físico de GE descubrió la forma práctica de usar tungsteno como filamento en las bombillas de luz. Ese sistema sigue en uso en la actualidad, casi un siglo más tarde.
El invento de la bombilla incandescente creó un patrón en la iluminación hogareña: nuestras fuentes de luz son pequeñas y brillantes. Quizás haya unas pocas en el centro del techo, y unas pocas en las esquinas de la habitación. Como son demasiado brillantes para mirarlas, necesitan ser reflejadas y difuminadas con pantallas y cristal opaco.
Los OLED pudieran cambiar radicalmente todo eso, con fuentes de luz amplia y difusa que bañan la habitación con un gentil resplandor. Los fotógrafos usan toda clase de trucos para difuminar la luz, porque saben que así nos vemos mejor.
Las grandes láminas luminescentes pueden ser además fuentes de luz en todo tipo de objetos. GE imagina colocar OLED en la parte interior de persianas: se enciende la lámina y tiene luz proviniendo de la ventana, incluso de noche. Uno incluso pudiera tener empapelado con OLED, pues el material de las láminas es flexible.
El potencial
“Nosotros tenemos muchas ideas sobre lo que se puede hacer con esto”, dice el diseñador alemán de luces Ingo Maurer. Él y su firma ya han creado la primera lámpara de OLED a la venta comercialmente, y se vende en una edición limitada de 25. Maurer espera entregar las dos primeras este año, a un precio no revelado, pero casi seguramente bien alto.
La lámpara en cuestión es más una curiosidad que un objeto práctico: la luz que emite es tenue, y se debilita gradualmente, perdiendo la mitad de su luminescencia luego de 2 mil horas de uso. Sus paneles de OLED son más pequeños y están hechos de cristal, en lugar de plástico. Salen de una rama central como las hojas de un helecho.
Los paneles de la lámpara de Maurer están producidos por Osram Opto Semiconductors, una subsidiaria del conglomerado industrial alemán Siemens AG, que es la compañía matriz de Osram Sylvania, un rival de General Electric en el mercado de luces.
Osram Opto los produjo con un proceso lento y costoso conocido como deposición al vacío, que ha dominado el desarrollo de los OLED hasta ahora. Una virtud de ese método es que puede ser combinado con las tecnologías que producen pantallas LCD para crear televisores con OLED. Sony Corp. vende un modelo de 11 pulgadas (28 centímetros) por 2.500 dólares.
Los televisores con OLED tienen que volverse mucho más baratos para ser viables comercialmente, y las luces de OLED tienen que abaratarse más. Ese es el asunto con el que GE está lidiando con su impresora, que en lugar de la deposición al vacío usa un proceso no mucho más complicado que la impresión de un periódico. “Tratamos de ser lo menos complicados posible”, dijo Anil Duggal, jefe del equipo de investigaciones de OLED para GE.
En el futuro, el proceso de impresión pudiera reducir el costo de los OLED a poco más que el costo del material en que están impresos, dice Janice Mahon, vicepresidenta de comercialización tecnológica para Universal Display Corp. La compañía de Ewing, Nueva Jersey, es líder en la investigación de OLED y desarrolla algunos de los compuestos orgánicos, que son similares a los tintes usados para colorear telas. Si es impreso en papel de metal, el costo de una luz de OLED pudiera ser de menos de un dólar por pie cuadrado (929 centímetros cuadrados), dice Mahon.
Muchos proyectan que gracias a su eficiencia, habrá un incremento firme, aunque gradual, en el uso de OLED en iluminación. Pero otros, como Bob Sagebiel, experto en mercadeo para Arrow Electronics Inc., son menos optimistas. Como los OLED son tan diferentes de la tecnología actual, pudiera ser difícil que sean aceptados en el mercado, piensa Sagebiel.
Además, aún quedan retos por resolver, especialmente hacer los OLED más duraderos. Los modelos actuales se gastan rápidamente con el uso, y la exposición al oxígeno los deteriora.
¿Qué es un OLED?
Un diodo orgánico de emisión de luz, también conocido como OLED (acrónimo del inglés: Organic Light-Emitting Diode), es un diodo que se basa en una capa electroluminiscente formada por una película de componentes orgánicos que reaccionan, a una determinada estimulación eléctrica, generando y emitiendo luz por sí mismos.
Existen muchas tecnologías OLED diferentes, tantas como la gran diversidad de estructuras (y materiales) que se han podido idear (e implementar) para contener y mantener la capa electroluminiscente, así como según el tipo de componentes orgánicos utilizados.
Las principales ventajas de los OLEDs son: menor coste, mayor escalabilidad, mayor rango de colores, más contrastes y brillos, mayor ángulo de visión, menor consumo y, en algunas tecnologías, flexibilidad. Pero la degradación de los materiales OLED han limitado su uso por el momento. Actualmente se está investigando para dar solución a los problemas derivados, hecho que hará de los OLEDs una tecnología que puede reemplazar la actual hegemonía de las pantallas LCD (TFT) y de la pantalla de plasma.
Por todo ello, OLED puede y podrá ser usado en todo tipo de aplicaciones: pantallas de televisión, pantalla de ordenador, pantallas de dispositivos portátiles (teléfonos móviles, PDAs, reproductores MP3…), indicadores de información o de aviso, etc. con formatos que bajo cualquier diseño irán desde unas dimensiones pequeñas (2″) hasta enormes tamaños (equivalentes a los que se están consiguiendo con LCD). Mediante los OLEDs también se pueden crear grandes o pequeños carteles de publicidad, así como fuentes de luz para iluminar espacios generales. Además, algunas tecnologías OLED tienen la capacidad de tener una estructura flexible, lo que ya ha dado lugar a desarrollar pantallas plegables, y en el futuro quizá pantallas sobre ropa y tejidos, etc.
Las ventajas de la tecnología OLED
Las principales ventajas que presenta esta tecnología son: el bajo consumo de energía y la flexibilidad que presentan estas placas, es decir son totalmente maleables y pueden adoptar cualquier forma. Como ventajas adicionales podemos mencionar las siguientes:
– Son más delgados y flexibles: Por una parte, las capas orgánicas de polímeros o moléculas de los OLED son más delgadas, luminosas y mucho más flexibles que las capas cristalinas de un LED o LCD. Por otra parte, en algunas tecnologías el sustrato de impresión de los OLED puede ser el plástico, que ofrece flexibilidad frente a la rigidez del cristal que da soporte a los LCD’s o pantallas de plasma.
– Son más económicos: En general, los elementos orgánicos y los sustratos de plástico resultan mucho más económicos. También los procesos de fabricación de OLED hacen uso de las tecnologías de impresión de tinta similares al inkjet, lo que disminuye los costos de producción.
– Superior brillo y contraste. Los píxeles de OLED emiten luz directamente. Por eso, respecto a los LCD’s posibilitan un rango más grande de colores y contraste.
– Menos consumo: Los OLED no necesitan la tecnología backlight, es decir, un elemento OLED apagado realmente no produce luz y no consume energía, a diferencia de los LCD que no pueden mostrar un verdadero “negro” y lo componen con luz consumiendo energía continuamente. Así, los OLED muestran las imágenes utilizando menos potencia de luz, y cuando son alimentados desde una batería pueden operar largos tiempos con la misma carga.
– Más escalabilidad y nuevas aplicaciones: La capacidad futura de poder escalar las pantallas a grandes dimensiones hasta ahora ya conseguidas por los LCD y, sobre todo, poder enrollar y doblar las pantallas en algunas de las tecnologías OLED que lo permiten, abre las puertas a todo un mundo de nuevas aplicaciones que están por llegar.
– Mejor visión en ambientes iluminados: Al emitir su propia luz, una pantalla OLED puede ser mucho más visible bajo la luz del sol, que una LCD.
Las desventajas de la tecnología OLED
Aunque las ventajas que presenta esta tecnología son importantes desde cualquier punto de vista, también presenta desventajas sumamente grandes. La mayoría de ellas causadas por el hecho de algunos de sus componentes son elementos orgánicos. Las más destacables son:
– Tiempos de vida cortos. Las capas OLED verdes y rojas tienen largos tiempos de vida, sin embargo la capa azul no es tan duradera, actualmente tienen una duración cercana a las 14.000 horas (8 horas diarias durante 5 años), este periodo de funcionamiento es mucho menor que el promedio de los LCD que dependiendo del modelo y del fabricante pueden llegar a las 60.000 horas. Toshiba y Panasonic han encontrado una manera de resolver este problema con una nueva tecnología que puede duplicar la vida útil de la capa responsable del color azul, colocando la vida útil por encima de la promedio de la de las pantallas LCD. Una membrana metálica ayuda a la luz a pasar desde los polímeros del sustrato a través de la superficie del vidrio más eficientemente que en los OLED actuales. El resultado es la misma calidad de imagen con la mitad del brillo y el doble de la vida útil esperada.
– Proceso de fabricación caro: Actualmente la mayoría de tecnologías OLED están en desarrollo, y los procesos de fabricación (sobre todo inicialmente) son económicamente elevados.
– Exposición a la humedad: El agua puede fácilmente estropear en forma permanente los OLED ya que el material es orgánico. Su exposición al agua, tiende a acelerar el proceso de biodegradación, es por esto que el material orgánico de una OLED, suele venir protegido, y aislado del ambiente, por lo que las pantallas son totalmente resistentes a ambientes húmedos.
– El impacto ambiental: Los componentes orgánicos (moléculas y polímeros) se ha visto que son difíciles de reciclar (alto costo y complejas técnicas). Ello podrá causar un impacto al medio ambiente muy negativo en el futuro.
– Problemas de equilibrio con los colores: El material utilizado para producir OLED de color azul claro se degrada mucho más rápidamente que los materiales que producen otros colores, por lo que se producirán desequilibrios que el usuario deberá ajustar.
Los inicios
La electroluminiscencia en materiales orgánicos fue producida en los años 50 por Bernanose y sus colaboradores.
En un artículo de 1977, del Journal of the Chemical Society, Shirakawa et al. comunicaron el descubrimiento de una alta conductividad en poliacetileno dopado con yodo. Heeger, MacDiarmid & Shirakawa recibieron el premio Nobel de química de 2000 por el “descubrimiento y desarrollo de conductividad en polímeros orgánicos”.
En un artículo de 1990, de la revista Nature, Burroughs et al. comunicaron el desarrollo de un polímero de emisión de luz verde con una alta eficiencia.
La estructura básica
Un OLED está compuesto por dos finas capas orgánicas: capa de emisión y capa de conducción, que a la vez están comprendidas entre una fina película que hace de terminal ánodo y otra igual que hace de cátodo. En general estas capas están hechas de moléculas o polímeros que conducen la electricidad. Sus niveles de conductividad eléctrica van desde los niveles aisladores hasta los conductores, y por ello se llaman semiconductores orgánicos.
La elección de los materiales orgánicos y la estructura de las capas determinan las características de funcionamiento del dispositivo: color emitido, tiempo de vida y eficiencia energética.
Estructura básica de un OLED
El principio de funcionamiento
Se aplica tensión eléctrica a través del OLED de manera que el ánodo es positivo respecto del cátodo. Esto causa una corriente de electrones que fluye en este sentido. Así, el cátodo da electrones a la capa de emisión y el ánodo los sustrae de la capa de conducción.
Seguidamente, la capa de emisión comienza a cargarse negativamente (por exceso de electrones), mientras que la capa de conducción se carga con huecos (por carencia de electrones). Las fuerzas electroestáticas atraen a los electrones y a los huecos, los unos con los otros, y se recombinan (en el sentido inverso de la carga no habría recombinación y el dispositivo no funcionaría). Esto sucede más cercanamente a la capa de emisión, porque en los semiconductores orgánicos los huecos son más movidos que los electrones (no ocurre así en los semiconductores inorgánicos).
Principio de funcionamiento del OLED: 1. Cátodo (-), 2. Capa de emisión, 3. Emisión de radiación (luz), 4 . Capa de conducción, 5. Ánodo (+)
La recombinación es el fenómeno en el que un átomo atrapa un electrón. Dicho electrón pasa de una capa energética mayor a otra menor, liberándose una energía igual a la diferencia entre energías inicial y final, en forma de fotón.
La recombinación causa una emisión de radiación a una frecuencia que está en la región visible, y se observa un punto de luz en un color determinado. La suma de muchas de estas recombinaciones que ocurren de forma simultánea es lo que llamaríamos imagen.
Un arbol de navidad construido con paneles OLED flexibles.
Fuentes: AP – Infobae – Wikipedia – General Electric
Información relacionada
Más artículos sobre tecnología
Disección de una linterna dínamo
Fecha de publicación del artículo original: 2/1/2009