LA TECNOLOGÍA “OLED” ILUMINA EL FUTURO

“Debido a que la iluminación representa alrededor del 20 por ciento del consumo mundial de energía, el desarrollo de soluciones de ahorro energético en iluminación, juega un papel muy importante dentro de la reducción de las emisiones de CO2 y, por lo tanto, en la lucha contra el calentamiento global“, explicó el Dr. Dietrich Bertram, director de actividades OLED de Philips. 

La tecnología OLED (Organic Light Emitting Diode) ofrece un sin-número de ventajas, ya que es más eficiente que las lámparas halógenas convencionales y se espera lograr en el futuro el mismo rendimiento que poseen las lámparas de bajo consumo (CFL). Además de ofrecer nuevas posibilidades de diseño, las fuentes de luz OLED planas poseen sólo unos pocos micrones (o micrómetros) de espesor y son mucho más fáciles de implementar sobre materiales translúcidos. Sumado a todas las ventajas expuestas, no deslumbran con alta incandescencia, logrando un reparto de menos sombras profundas, en comparación con muchas fuentes convencionales de luz que emiten su energía en forma puntual. Pasemos al próximo segmento y veamos una aplicación práctica de esta tecnología que pronto llegará para iluminar el futuro.

De momento se ha logrado un gran avance en el desarrollo de aplicaciones para la tecnología OLED en el mundo del automóvil: los OLED transparentes podrían encontrar su hogar natural en los techos de los vehículos. Cuando están apagados, estos paneles electrónicos se vuelven transparentes, permitiendo una visión clara del paisaje exterior del coche. Pero cuando se encienden, proporcionan una agradable iluminación ambiente en el interior del vehículo.

Este novedoso concepto de alumbrado interior es el fruto de la cooperación entre las compañías BASF y Philips en el desarrollo e investigación de módulos OLED, que se encuentran asociadas desde el año 2006 para alcanzar los objetivos promovidos por el gobierno alemán OLED 2015.

Ahora se abre un nuevo abanico de posibilidades para la tecnología OLED que podrían combinarse con células solares también transparentes que generarían electricidad adicional para alimentar los dispositivos del automóvil. “Esta combinación permite al conductor disfrutar de la sensación única de espacio abierto mientras se genera electricidad durante el día y una cálida recompensa en forma de luz del altamente eficiente y transparente OLED”, explica Felix Görth, jefe de Desarrollo de Negocio de OLED y Fotovoltaica Orgánica en BASF.

SIGUIENTE PASO - TOPAS 2012 -

Dentro del programa TOPAS 2012, cuatro empresas internacionales están aglutinando esfuerzos para obtener sistemas de iluminación basadas en tecnología OLED, que sean capaces de ser transparentes para dejar pasar la luz del día e iluminar un ambiente con luz natural; que funcionen como clásicos paneles fotovoltaicos para recargar baterías y como si todo esto fuera poco, que impidan el paso de la luz exterior, en caso de que el usuario así lo decida. Todos estos experimentos se están llevando a cabo y ensayando sobre el coche conceptual Smart Forvision. Entérate como está preparándose, en estos días, la iluminación del futuro.

Las empresas BASF, OSRAM Opto Semiconductors, Philips y AIXTRON ha confirmado que recibieron el compromiso de financiación para su flamante consorcio “TOPAS 2012“, que sería la segunda fase de OLED 2015 impulsado por iniciativa del Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF). TOPAS significa “Thousand Lumen Organic Phosphorescent devices for Applications in lighting Systems”. En este proyecto, los socios de esta agrupación se centrarán en el desarrollo de materiales y arquitecturas de componentes innovadores, así como mecanismos de producción orientados a soluciones de iluminación de alta eficiencia, basados en sistemas OLED (Organic – LED). De este modo, los socios pueden aprovechar con éxito las actividades conjuntas del proyecto anterior “OPAL 2008“, que fue patrocinado también por el BMBF (BundesMinisterium für Bildung und Forschung)

“Los materiales de BASF ya han demostrado su potencial en diodos electro–luminiscentes de alta eficiencia, con tiempos de vida de varios miles de horas y un rendimiento lumínico extremadamente alto“, explicó el Dr. Elmar Kessenich, gerente de proyectos de BASF Future Business GmbH. Esto ya es un paso importante hacia la próxima meta que es alcanzar una vida útil de más de 10.000 horas, lo cual sería aproximadamente unas 10 veces más que la vida de una bombilla incandescente tradicional (saliendo de circulación en la actualidad). Además de una alta eficiencia y una larga vida útil, un alto CRI (Color Rendering Index, >80) también es crucial para asegurar una excelente calidad de luz. Valores CRI de más de 90 se pueden llegar a lograr con los materiales que BASF planea utilizar en sus emisores. En el área de materiales, BASF trabaja en forma conjunta con la Universidad de Bayreuth, las Universidades Técnicas de Dresde y de Brunswick, y la Universidad de Munich.

La aprobación de nuestro trabajo y la financiación del proyecto TOPAS 2012, por parte del BMBF, fortalece nuestra posición destacada en la investigación de la tecnología OLED, incluso con respecto a la competencia internacional“, dijo por su parte el Dr. Karsten Heuser, coordinador del proyecto y responsable de las actividades OLED de OSRAM Opto Semiconductors. La investigación dentro del proyecto TOPAS 2012 se centrará en el desarrollo de los OLED que serán utilizados en los sistemas de iluminación del futuro. Esto requerirá la disponibilidad de todos los colores primarios, en particular los emisores azules, que deberán ser muy eficientes y estables; elementos que por ahora, no están disponibles en el mercado. Los emisores azules deberán asegurar que sea posible lograr cualquier temperatura de color con iluminación OLED, desde el blanco frío al cálido. El grupo OSRAM Opto Semiconductors centra su solución en una superficie transparente OLED de 1 metro cuadrado. Philips, por su parte, se está perfeccionando en el desarrollo de sistemas monolíticos, especialmente brillantes de hasta 1000 lúmenes. (el equivalente a 75W en lámparas incandescentes comunes).

¿QUÉ FUE DE LAS PANTALLAS OLED?

Las pantallas OLED fueron inventadas en 1987 por dos investigadores de la empresa KODAK cuando estudiaban una célula solar orgánica en la que estaban trabajando. Desde entonces no se ha parado de investigar en la mejora de sus prestaciones. Hacia el año 2004 ya se especulaba con que sustituirían ventajosamente a las pantallas LCD y que superarían a los LED en la carrera por hacer las pantallas más económicas y eficientes. Con el paso de los años las pantallas LED han desbancado a las LCD en las tiendas, mientras que las OLED no han dado los resultado esperados.

Su funcionamiento se basa en la existencia de sustancias orgánicas fotoluminiscentes, los diodos de emisores de luz orgánicos (OLED, Organic Light Emitting Diode). Extremadamente luminosos, emiten luz al ser estimulados por un determinado voltaje. Gracias a ello, consumen menos energía que las pantallas de cristal líquido LCD, (Liquid Cristal Display) que requieren retroalimentación. Su aplicación en capas finas sobre diversos sustratos como vidrio, plástico flexible e incluso una lámina metálica, permiten conseguir pantallas de naturaleza inusual, con extremada delgadez y flexibilidad, lo que las dota de un inmenso abanico de posibilidades. En los últimos prototipos se han utilizado partículas de óxido de zinc e iones de amonio de una dimensión de cinco nanómetros para proporcionar un semiconductor de electrones capaz de ser estable también en un entorno atmosférico, dando como resultado un dispositivo de luz con una eficiencia de 10 candelas de amperios y 50.000 candelas por metro cuadrado que promete mejorar el mercado de televisores, pantallas e iluminación del mundo.

Sin embargo, las pantallas LED actuales tienen una vida útil más larga que las OLED, a lo que hay que añadir que, el coste de una pantalla OLED triplica al de una LCD. ¡Demasiado caro para los tiempos que corren! Eso ha confinado el mercado de pantallas OLED a dispositivos de pequeño tamaño (inferior a 7 pulgadas), que tienen que ser especialmente delgados y ligeros, con un consumo energético mínimo. Las pantallas AMOLED (la última evolución de las OLED) proliferan en los tablet PC y los smartphones de SAMSUNG. Pero incluso en estas aplicaciones tan específicas su precio es un 20% superior a las S-LCD.

En el siguiente video se puede comparar la diferencia de definición y contraste entre la pantalla Super AMOLED Plus 4,3” del Samsung Galaxy S2, las pantalla de 4” Super AMOLED del Galaxy S y la pantalla 3,5” IPS-LCD del iPhone4 (Apple). La pantalla Super AMOLED plus mejora la eficiencia de su predecesora en un 18%, con un 50% más de subpíxeles y mejorando el brillo y la delgadez.

GRAFENO

Descubierto en la década de 1930, no se le bautizó con el nombre de “grafeno” hasta 1994. El estudio detallado de su estructura y sorprendentes propiedades por Andre Geim y Konstantine Novoselov les valió el premio Nobel de Física en 2010.

El grafeno no es más que una de las estructuras alotrópicas del carbono, que presenta un teselado hexagonal plano. Su aspecto recuerda vagamente el de la superficie de un panal de abejas. Algunos elementos químicos, como es el caso del carbono, tienden a presentarse con características físicas diferentes que nos lleva a observarlo como grafito, diamante, grafeno o fullereno.

El grafito de nuestros lápices realmente está compuesto por monocapas de grafeno superpuestas. Pero esas capas individuales tienen unas propiedades que las hacen únicas: gran conductividad térmica y eléctrica. Alta elasticidad y dureza, con una resistencia 200 veces superior al acero. Muy ligero y flexible, como la fibra de carbono.

En dispositivos electrónicos, consume menos electricidad que el silicio para una misma tarea y se calienta menos. Esto los convierte en los materiales ideales para los dispositivos electrónicos con circuitos integrados. IBM ha logrado fabricar transistores que operan a 300 GHz, esto es, 100 veces más rápidos que los transistores de silicio de su ordenador. El problema estriba en que el grafeno no tiene una banda de resistividad, no es capaz de dejar de conducir la corriente, a diferencia del silicio, lo que complica mucho su implantación generalizada en los circuitos integrados. Al ser un material conductor y transparente lo hace ideal para crear pantallas flexibles y delgadas de múltiples usos. Ya se está utilizando para la creación de nuevas pantallas OLEDs. Su facilidad para conducir la corriente eléctrica sin sobrecalentarse es lo que puede convertirlo en el elemento central de una nueva generación de baterías. (ver entrada ¡Revolución en Baterías!)

MÉTODOS DE OBTENCIÓN:

Para hacer posible la comercialización a gran escala, se hace imprescindible un método de obtención económico. Para ello hay que concebir procedimientos industriales que permitan fabricar láminas grandes y uniformes de grafeno monocapa y sin impurezas. El caso es que, la producción de pequeñas cantidades de grafeno resulta sorprendentemente fácil, como afirma el Nobel Andre K. Geim. De hecho, todos producimos un poco de grafeno cada vez que deslizamos la punta del lápiz sobre una superficie de papel. La mina del lápiz esta compuesta por una apilación vertical de láminas de grafeno. El procedimiento de laboratorio para obtener grafeno era similar, simplemente se raspaba la superficie del grafito, y con un microscopio se examinaban los restos en busca de las muestras idóneas o se separaban las escamas con una cinta adhesiva.

Para mejorar el procedimiento de laboratorio, se utilizan ultrasonidos para fragmentar el grafeno en capas individuales que se dispersan en un líquido. Posteriormente la suspensión se deseca sobre una superficie. El resultado es que obtenemos una película de láminas parcialmente superpuestas de cristales de grafeno. Al no darse una separación completa de las láminas con este procedimiento, se desconoce todavía si los efectos de borde de cada uno de los copos alterarán las propiedades fundamentales.

La exfoliación química podría lograr muestras de mayor tamaño. Se ha comprobado la solubilidad del grafeno en ciertos disolventes orgánicos. Una vez retirado el disolvente, la sustancia gris que se obtiene es grafeno puro. La empresa Graphene Solutions, confía poder convertir ese grafeno en láminas uniformes y monocristalinas para su comercialización.

Técnicas alternativas de exfoliación química, han demostrado que si se añada ácido a uno solución acuosa de grafito, se obtiene un óxido de grafito que puede emplearse posteriormente para obtener grafeno. Los copos de óxido suspendidos en líquido se depositan por decantación en un sustrato, donde terminan formando una película. Aumentando la temperatura y añadiendo otros compuestos, se elimina el oxígeno obteniéndose grafeno puro.

Uno de los métodos que está logrando superficies mayores de grafeno (muestras de 2 a 3 centímetros cuadrados) es el que se estudia en el Instituto de Tecnología de Masachusetts (MIT) entre otros centros. Se trata de la formación de grafeno mediante disposición química de vapor (DQV). Es un proceso que podría resultar idóneo para la fabricación de  microchips. El método DQV consiste en la creación de elementos volátiles que reaccionan y quedan depositados sobre un sustrato, formando un recubrimiento muy fino. Para lograr la volatilización se utiliza calor procedente de un horno tubular en el que se depositan sustratos con níquel que actúan a modo de catalizadores de la reacción. En un extremo del horno se hace fluir un hidrocarburo gaseoso, que al calentarse, se descompone. Los átomos de carbono terminan depositándose sobre la superficie de níquel formando las películas de grafeno. La calidad del grafeno obtenido depende directamente del sustrato de níquel. Si este es monocristalino (el más costoso) se consiguen los mejores resultados.

El equipo de investigación que logre el procedimiento idóneo para la obtención de grafeno en cantidades industriales se llevará el premio gordo. Por desgracia, ninguno de los equipos de investigación ha querido explicarnos con precisión cómo funcionan sus procedimientos, ¡serán desconfiados los tíos!