As telas estão por toda parte na vida moderna, de celulares a computadores, de caixas eletrônicos a relógios, de e-readers a televisões, e vivemos cercados por tecnologia de exibição visual que evolui constantemente.
Os diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) revolucionaram o setor de exibição com suas cores vibrantes, contrastes excepcionais, pretos profundos e alta resolução. Os OLEDs também são altamente eficientes em energia, o que os torna ideais para dispositivos portáteis como celulares e tablets, além de grandes painéis externos.
A tecnologia OLED não para de avançar, e as inovações mais atuais viabilizaram telas que dobram e se curvam. Também estão sendo desenvolvidas telas totalmente transparentes para aplicações em realidade aumentada (AR), junto com muitas outras formas de uso dessa tecnologia.
Observamos um crescimento expressivo nas publicações sobre OLEDs no CAS Content Collection TM, o maior repositório de informações científicas com curadoria humana da última década (veja a Figura 1). Vale destacar que a proporção entre patentes e artigos é de cerca de 3:1, o que mostra que os fabricantes estão lançando novos produtos no mercado de forma constante.
Como os OLEDs funcionam
A tecnologia de exibição começou a evoluir com os monitores de cristal líquido (LCDs) e os primeiros LEDs. Os LCDs funcionam ao usar cristais líquidos para transmitir ou bloquear seletivamente a luz que os atravessa. Já os LEDs são pequenos diodos emissores de luz que podem ser controlados individualmente para gerar uma ampla gama de cores. Ambas as tecnologias criam imagens visuais ao interromper a passagem da luz de fundo para produzir imagens visuais.
Os LEDs geram luz colorida usando um material orgânico que emite luz vermelha, verde e azul na camada emissora ou por meio de filtros coloridos aplicados a uma das camadas transparentes.
Os OLEDs, no entanto, funcionam sem painel de luz de fundo Eles utilizam um material semicondutor orgânico (à base de carbono) que emite luz quando recebe corrente elétrica. A camada emissora e a camada condutora ficam entre um cátodo e um ânodo (veja a Figura 2a). Quando há aplicação de corrente, os elétrons que saem do cátodo seguem para a camada emissora, enquanto as lacunas formadas no ânodo se deslocam até a camada condutora. Quando as lacunas da camada condutora se recombinam com elétrons na camada emissora, ocorre liberação de energia em forma de fóton.
Ao posicionar OLEDs vermelhos, verdes e azuis e ativá-los separadamente, conseguimos formar pixels individuais para gerar imagens coloridas complexas e em alta resolução ref, ref (Figura 2b)
Esse sistema fica protegido por camadas de vidro ou plástico. A camada superior recebe o nome de vedação, e a inferior é chamada de substrato. Geralmente, pelo menos uma das camadas superior ou inferior é transparente para que a luz possa sair do dispositivo. Como os OLEDs usam pixels autoemissivos e não precisam de retroiluminação, 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
Podemos classificar os OLEDs em vários tipos com base em três fatores principais: o material orgânico utilizado, o método de acionamento e o caminho de emissão da luz (veja a Figura 3).
Algumas das inovações mais empolgantes em OLEDs incluem:
- OLEDs flexíveis (FOLEDs): a tecnologia FOLED usa materiais flexíveis, permitindo que as telas dobrem, se curvem ou enrolem sem sofrer danos. Essa inovação abre caminho para telas mais finas, leves e com maior eficiência energética. Entre as aplicações dessa tecnologia estão os celulares dobráveis, TVs enroláveis, além de óculos de AR/VR e dispositivos vestíveis.
- OLEDs transparentes (TOLEDs): as telas TOLED possuem cátodos e ânodos transparentes ou semitransparentes. A transparência em ambos os lados permite que a luz seja emitida pelas superfícies superior e inferior. A alta transparência oferece uma visualização nítida mesmo quando o painel está desligado. Os TOLEDs também oferecem contraste nítido, cores vibrantes, flexibilidade e amplo ângulo de visão, proporcionando uma experiência visual incomparável. Como conseguem exibir conteúdo e continuam transparentes mesmo quando não estão em uso, as telas TOLED são ideais para TVs, óculos AR/VR e painéis interativos em lojas.
- OLEDs de moléculas pequenas (SMOLEDs): a maioria das telas, incluindo TVs, tablets, notebooks e smartphones, usa SMOLEDs atualmente. Esses OLEDs usam pequenas moléculas orgânicas como materiais eletroluminescentes na camada emissora. Eles oferecem vários benefícios, como flexibilidade estrutural por conta da ampla variedade de emissores orgânicos disponíveis, purificação fácil e modificações químicas simplificadas nos cromóforos. Essa tecnologia se divide em OLEDs de fluorescência e OLEDs de fosforescência (PHOLEDs), conforme o mecanismo de emissão de luz dos emissores. Os PHOLEDs consomem menos energia do que a tecnologia fluorescente, que dissipa a maior parte da energia em forma de calor.
- OLEDs de matriz ativa (AMOLEDs): as telas AMOLED usam uma matriz de transistores de película fina (TFT) com capacitor de armazenamento integrado, controlando cada pixel individualmente e oferecendo alta resolução, cores contrastantes, ângulos amplos de visão e telas maiores. Eles também oferecem taxas de atualização rápidas, eficiência energética e potencial para telas finas e flexíveis. As telas AMOLED são amplamente usadas em smartphones, smartwatches, notebooks e TVs.
- OLEDs brancos (WOLEDs): os painéis OLED que conseguem emitir luz branca são chamados de WOLEDs. Essa tecnologia apresenta alta eficiência energética e pode ser aplicada em iluminação de estado sólido, TVs, monitores e outros tipos de tela.
Mais melhorias na tecnologia OLED
Apesar de oferecerem uma experiência superior para o usuário, os OLEDs ainda não substituíram totalmente os LEDs tradicionais e outras tecnologias de display. Por que isso acontece?
Até pouco tempo atrás, os OLEDs enfrentavam problemas de durabilidade, principalmente com os emissores azuis se degradando com o tempo. Temperaturas elevadas, umidade e brilho intenso também aceleram o processo de degradação, diminuindo a vida útil das telas OLED.
Imagens estáticas exibidas por longos períodos em telas OLED podem causar o efeito “burn-in”, deixando uma sombra permanente na tela. Se uma TV, por exemplo, ficar horas em um mesmo canal, esse problema pode ocorrer.
Enfrentar esses desafios será essencial para ampliar as aplicações dos OLEDs. Os pesquisadores estão explorando inovações como PHOLEDs azuis, PHOLEDs plasmônicos e emissores como TADF (fluorescência retardada ativada termicamente) e HF (hiperfluorescência) para resolver problemas persistentes e melhorar os aspectos visuais dessa tecnologia. Esses avanços também ajudam a reduzir os custos, que ainda são altos em comparação com outras tecnologias de display. Se mais dispositivos OLED forem fabricados, será possível aproveitar a economia de escala e diminuir os preços.
Com a evolução do cenário dinâmico da tecnologia OLED, é possível imaginar jornais enroláveis, celulares dobráveis e painéis transparentes nas lojas. Dispositivos vestíveis, imagem biomédica e iluminação comercial também podem ser transformados pelos OLEDs de última geração.
