As telas estão em toda parte na vida moderna — de celulares a computadores, caixas eletrônicos a relógios, leitores de e-book a TVs — estamos cercados por tecnologia de exibição visual que está em constante aprimoramento.
Os diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) revolucionaram a indústria de telas com suas cores vivas, taxas de contraste excepcionais, pretos profundos e altas resoluções. Os OLEDs também são muito eficientes em termos de energia, tornando-os ideais para pequenos dispositivos portáteis, como celulares ou tablets, bem como para enormes outdoors externos.
A tecnologia OLED continua a evoluir, e as inovações mais recentes tornaram possíveis as telas flexíveis e dobráveis. Telas totalmente transparentes para aplicações de realidade aumentada (RA) também estão em desenvolvimento, assim como muitos outros usos para essa tecnologia.
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Observamos um crescimento expressivo nas publicações relacionadas a OLEDs na CAS Content CollectionTM, o maior repositório de informações científicas curado por humanos, ao longo da última década (veja a Figura 1). Notavelmente, a proporção de patentes para artigos científicos é de cerca de 3:1, o que mostra que os fabricantes estão trazendo novos produtos ao mercado constantemente.
Como funcionam os OLEDs
A tecnologia de exibição começou a melhorar com as telas de cristal líquido (LCDs) e os primeiros LEDs. Os LCDs funcionam usando cristais líquidos para transmitir ou bloquear seletivamente a luz que passa por eles. Em contraste, os LEDs são minúsculos diodos emissores de luz que podem ser controlados individualmente para produzir um amplo espectro de cores. Ambas as tecnologias operam bloqueando a transmissão de luz de uma luz de fundo para gerar imagens visuais.
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Os OLEDs produzem luz colorida usando um material orgânico que pode emitir luz vermelha, verde e azul na camada emissiva ou adicionando um filtro colorido em uma das camadas transparentes.
Os OLEDs, no entanto, não usam luz de fundo. Eles utilizam um material semicondutor orgânico (à base de carbono) que emite luz em resposta a uma corrente elétrica. Essa camada emissiva e uma camada condutora são intercaladas entre um cátodo e um ânodo (veja a Figura 2a). Quando a eletricidade é aplicada, os elétrons gerados no cátodo movem-se para a camada emissiva, e as lacunas geradas no ânodo movem-se para a camada condutora. À medida que as lacunas da camada condutora se recombinam com os elétrons na camada emissiva, elas liberam energia na forma de um fóton.
Ao colocar uma matriz de OLEDs vermelhos, verdes e azuis próximos e ativá-los de forma independente, eles funcionam como pixels individuais, permitindo-nos gerar imagens coloridas complexas e de alta resolução ref, ref (Figura 2b).
Este sistema está contido em camadas protetoras de vidro ou plástico. A camada superior é conhecida como selo e a camada inferior como substrato. Normalmente, pelo menos uma das camadas superior ou inferior é transparente para que a luz possa sair do dispositivo. Como os OLEDs usam pixels autoemissores e não precisam de luz de fundo, as telas podem ser muito maiores e mais finas do que aquelas que usam tecnologia LCD ou LED.
Telas dobráveis, telas transparentes e muito mais
Os OLEDs podem ser classificados em vários tipos com base em três fatores principais: o material orgânico utilizado, o método de condução e a via de emissão de luz (veja a Figura 3).
Algumas das inovações mais interessantes em OLED incluem:
- OLEDs flexíveis (FOLEDs): A tecnologia FOLED utiliza materiais flexíveis, permitindo que as telas sejam dobradas, enroladas ou curvadas sem danos. Essa inovação abre caminho para telas mais finas, leves e com maior eficiência energética. As aplicações dessa tecnologia incluem celulares dobráveis, tevisores enroláveis e até óculos de RA/RV e dispositivos vestíveis.
- OLEDs transparentes (TOLEDs): As telas TOLED possuem cátodos e ânodos transparentes ou semitransparentes. Essa transparência de dupla face permite a emissão de luz tanto pela superfície superior quanto pela inferior. A alta transparência possibilita uma visualização mais clara, mesmo quando desligadas. Os TOLEDs também oferecem alto contraste, cores vivas, flexibilidade e amplos ângulos de visão, proporcionando uma experiência visual inigualável. Como podem exibir conteúdo e permanecer transparentes mesmo quando não estão em uso, as telas TOLED são ideais para TVs, óculos de RA/RV e displays interativos no varejo.
- OLEDs de pequenas moléculas (SMOLEDs): A maioria das telas, incluindo TVs, tablets, laptops e smartphones, utiliza SMOLEDs atualmente. Esses OLEDs possuem pequenas moléculas orgânicas como materiais eletroluminescentes na camada emissiva. Eles oferecem vários benefícios, incluindo flexibilidade estrutural devido à ampla gama de emissores orgânicos disponíveis, fácil purificação e modificações químicas mais simples nos cromóforos. Essa tecnologia é subdividida em OLEDs de fluorescência e OLEDs de fosforescência (PHOLEDs), com base no mecanismo de emissão de luz de seus emissores. Os PHOLEDs são mais eficientes energeticamente em comparação com a tecnologia fluorescente, que perde a maior parte de sua energia na forma de calor.
- OLEDs de matriz ativa (AMOLEDs): As telas AMOLED empregam um backplane de transistor de película fina (TFT) integrado a um capacitor de armazenamento para controlar e ativar cada pixel diretamente, resultando em resolução superior, alto contraste, cores vibrantes, amplos ângulos de visão e telas maiores. Elas também apresentam taxas de atualização rápidas, eficiência energética e potencial para telas finas e flexíveis. As telas AMOLED são comumente usadas em smartphones, smartwatches, laptops e TVs.
- OLEDs brancos (WOLEDs): Painéis OLED que podem emitir luz branca são conhecidos como WOLEDs. Essa tecnologia é altamente eficiente em termos energéticos e pode ser usada em iluminação de estado sólido, TVs, monitores e outros displays.
Outros aprimoramentos na tecnologia OLED
Os OLEDs ainda não substituíram totalmente os LEDs comuns e outras tecnologias de exibição, apesar de sua experiência superior para o consumidor. Por que isso acontece?
Até pouco tempo atrás, os OLEDs apresentavam problemas de vida útil curta, especificamente com a degradação dos emissores azuis ao longo do tempo. Temperaturas elevadas, condições de umidade e brilho aumentado também podem acelerar o processo de degradação, reduzindo a vida útil operacional geral das telas OLED.
Imagens estáticas exibidas por um longo período em uma tela OLED podem causar o efeito de "burn-in", que aparece como uma sombra permanente na tela. Se as TVs, por exemplo, forem deixadas no mesmo canal por horas, isso pode se tornar um problema.
Resolver esses desafios será crucial para expandir as aplicações de OLED. Pesquisadores estão explorando inovações como PHOLEDs azuis, PHOLEDs plasmônicos e diferentes tipos de emissores, como os de fluorescência retardada termicamente ativada (TADF) e hiperfluorescência (HF), para superar problemas persistentes e melhorar os aspectos visuais dessa tecnologia. Esses aprimoramentos também podem ajudar a reduzir o custo, que permanece alto em comparação com outras tecnologias de exibição. Se mais dispositivos OLED puderem ser produzidos, economias de escala poderão ser alcançadas para reduzir esses custos.
À medida que o cenário dinâmico da tecnologia OLED evolui, podemos imaginar telas de jornal enroláveis, smartphones dobráveis e displays interativos transparentes em lojas. Dispositivos vestíveis, imagens biomédicas e iluminação comercial também podem ser transformados por OLEDs de ponta.
