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FICHA TÉCNICA
Alessandro Golombiewski Teixeira
Presidente ABDI
Maria Luisa Campos Machado Leal
Diretora
Miguel Antonio Cedraz Nery
Diretor
Carla Maria Naves Ferreira
Gerente de Desenvolvimento Tecnológico e
Inovação
Mariano Francisco Laplane
Presidente CGEE
Marcio de Miranda Santos
Diretor Executivo
Antonio Carlos Filgueira Galvão
Gerson Gomes
José Messias de Souza (19/08/2015)
Diretores
SUPERVISÃO
Maria Luisa Campos Machado Leal
SUPERVISÃO
Marcio de Miranda Santos
EQUIPE TÉCNICA DA ABDI
Carla Maria Naves Ferreira
Gerente de Desenvolvimento Tecnológico e
Inovação
Zil Miranda
Assessora Especial
Rodrigo Rodrigues
Analista Sênior
Carlos Venicius Frees
Especialista Setorial
Ricardo Gonzaga Martins
Especialista Setorial
Adriana dos Santos Ghizoni
Assistente de Projetos
EQUIPE TÉCNICA CGEE
Liliane Sampaio Rank de Vasconcelos
Coordenadora
Kátia Regina Araújo de Alencar
Assessora
Kleber de Barros Alcanfôr
Assessor
Lilian M. Thomé Andrade Brandão
Assessora
Rogério Mendes Castilho
Assessor
Simone Rodrigues Neto Andrade
Assistente Administrativo
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COORDENAÇÃO TÉCNICA GERAL
Fabio Stallivieri (UFF)
Ricardo Naveiro (UFRJ)
Rodrigo Sabbatini (UNICAMP)
Jorge Britto (UFF)
COORDENAÇÃO TÉCNICA SETORIAL
Paulo Bastos Tigre (UFRJ) – Panorama
Econômico
Viviane Carvalho Nogueira (CTI) – Panorama
Tecnológico
COMITÊ TÉCNICO DE ESPECIALISTAS
Carlos Achete
Carlos Azen
Celso Pinto Saraiva
Flavia Carneiro Lopes Dantas
Marcos Cremona
Thebano Emilio de A. Santos
Victor Pellegrini Mammana
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SUMÁRIO
1 Introdução ....................................................................................................................................... 9
2 Display de Cristal Líquido (LCD) ..................................................................................................... 11
2.1 Cristal líquido .......................................................................................................................... 11
2.2 Princípio de funcionamento ................................................................................................... 13
2.3 Modos de acionamento ......................................................................................................... 15
2.3.1 Multiplexado de matriz passiva ....................................................................................... 15
2.3.2 Multiplexado de matriz ativa ........................................................................................... 16
2.4 Unidade de retroiluminação (BLU, backlight unit) ................................................................. 18
2.5 Tecnologias para aumentar o ângulo de visão em displays de LCD ....................................... 23
2.6 Processos de fabricação de AMLCD ...................................................................................... 25
2.6.1 Generation (Gen.) ........................................................................................................... 25
2.6.2 Fabricação do TFT .......................................................................................................... 27
2.6.4 Fabricação da Célula de AMLCD ................................................................................... 28
2.6.5 Fabricação do módulo de AMLCD ................................................................................. 29
3 Display de OLED (Diodo Orgânico Emissor de Luz) ................................................................... 30
3.1 Princípio de funcionamento ................................................................................................... 30
3.2 Materiais para OLEDs ............................................................................................................ 32
3.3 Tecnologias para deposição de materiais orgânicos ............................................................... 34
3.4 Tipos de AMOLED ................................................................................................................... 38
3.5 OLED x LCD ............................................................................................................................. 41
3.6 OLEDs para Iluminação ......................................................................................................... 42
4 Display de e-paper ......................................................................................................................... 44
5 Transistor de Filme Fino (TFT) ..................................................................................................... 46
6 Eletrodos Transparentes e Condutores ......................................................................................... 50
7 Displays Flexíveis ........................................................................................................................... 51
8 Japan Display Inc. (JDI) ................................................................................................................ 55
9 Cenário Brasileiro ......................................................................................................................... 56
10 Considerações Finais ................................................................................................................... 61
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................. 63
6
LISTA DE FIGURAS
Figura 1- Matriz das principais tecnologias de displays .................................................................... 9
Figura 2 - Ilustração dos estados da matéria: sólido, líquido e cristal líquido ................................. 12
Figura 3 - Ilustração das partes que compõem um módulo de LCD ................................................ 13
Figura 4 - Ilustração do píxel RGB e seus subpíxeis vermelho (R), verde (G) e azul (B) ............... 14
Figura 5 - Ilustrações da polarização da luz para um display de fundo claro. (a) Mudança da
polarização da luz pelas moléculas de cristal líquido quando o display está desligado; e (b) não
alteração da polarização da luz devido ao alinhamento das moléculas de cristal líquido quando o
display está ligado ............................................................................................................................ 15
Figura 6 - Ilustração do modo de acionamento multiplexado de matriz passiva ............................. 16
Figura 7 - Ilustração do modo de acionamento multiplexado de matriz ativa ................................. 17
Figura 8 - Distribuição do consumo de energia para um display de LCD ....................................... 18
Figura 9 - Mercado de TVs por tecnologia1 ..................................................................................... 19
Figura 10 - Ilustração dos BLUs para LCDs: CCFL com montagem convencional e LED com
montagem na lateral (edge-lit) ......................................................................................................... 20
Figura 11 - Ilustração das camadas e filmes ópticos utilizados em um display de LCD.................. 21
Figura 12 - Espectro do filme óptico da Nanosys e 3M (quantun dot enhancement film (QDEF) .. 22
Figura 13 - (a) Componente óptico Color IQ da empresa QD Vision; (b) Ilustração do componente
óptico Color IQ no display de LCD ................................................................................................. 23
Figura 14 - Comparação do arranjo das moléculas de cristal líquido em displays de LCD com as
tecnologias TN, IPS e MVA ............................................................................................................. 24
Figura 15 - Ilustração comparativa da imagem de displays LCD-TN (direta) e LCD-IPS (esquerda)
em ângulo de 45° .............................................................................................................................. 25
Figura 16 - Ilustração do tamanho do substrato de vidro para Gen.7, Gen.5 e Gen. 3.5 .................. 26
Figura 17 - Ilustração das etapas de processo envolvidas na fabricação do TFT de silicio amorfo . 27
Figura 18 - Ilustração das etapas de processo envolvidas na fabricação do filtro de cor ................. 28
Figura 19 - Ilustração da integração do TFT com o substrato que contém o filtro de cor e das etapas
de corte e preenchimento dos painéis de AMLCD com cristal líquido ............................................ 29
Figura 20 - Ilustração das etapas de processo para fabricação do módulo ....................................... 29
Figura 21 - Ilustração da estrtura de um dispositivo OLED simples ............................................... 31
Figura 22 - Sistema de glove-box (câmaras de luvas) para fabricação de OLEDs e células solares
instalada no laboratório da Divisão de Mostradores de Informação do Centro de Tecnologia da
Informação Renato Archer (CTI) ..................................................................................................... 32
Figura 23 - Fórmula química estrutural de materiais utilizados em OLEDs: (a) polímero PFO; (b)
pequena molécula Alq3; e (c) complexo organometálico de Ir3+ ...................................................... 34
Figura 24 - Ilustração do processo de deposição de materiais orgânicos por evaporação térmica
utilizando máscara mecânica para gravação dos píxeis ................................................................... 35
Figura 25 - Comparação do custo de OLEDs de pequena e grande área obtidos por processos de
deposição de materiais em solução e PVD em relação ao custo do LCD ........................................ 36
Figura 26 - Protótipo de TV de OLED de 56 polegadas da Panasonic com camadas orgânicas
depositadas através da tecnologia de impressão jato de tinta ........................................................... 36
7
Figura 27 - Impressora jato de tinta DMP-2831 (FUJIFILM Dimatix) utilizada para a deposição de
polímeros na fabricação de dispositivos OLEDs e células solares orgânicas .................................. 37
Figura 28 - Comparação dos métodos de deposição e gravação dos materiais orgânicos em OLEDs
.......................................................................................................................................................... 38
Figura 29 - Características dos AMOLEDs fabricados pelas empresas Samsung e LG .................. 39
Figura 30 - Primeira TV de AMOLED comercializada no mundo, fabricada pela LG .................... 40
Figura 31 - Primeira TV de AMOLED 3D "curva" do mundo, fabricada pela LG: (a) vista fronta;
(b) vista lateral .................................................................................................................................. 40
Figura 32 - Desenho esquemático da estrutura de displays de LCD e OLED ................................. 41
Figura 33 - Comparação do desempenho de displays de LCD-IPS, AMOLED-RGB e AMOLED-
RGBW .............................................................................................................................................. 42
Figura 34 - Ilustração da utilização de painéis de OLEDs para iluminação em janelas ................... 43
Figura 35 - Luminárias de OLED: (a) Airabesc, da OSRAM; e (b) Living Sculpture, da Philips ... 44
Figura 36 - Ilustração das microcápsulas de partículas eletroforéticas ............................................ 45
Figura 37 - Displays eletroforéticos da E Ink aplicados em (a) relógio; e (b) etiquetas eletrônicas 46
Figura 38 - Ilustração das estruturas (em corte) dos TFTs de: (a) a-Si:H; (b) IGZO; e (c) LTPS .... 47
Figura 39 - Características requeridas para aplicação de materiais como eletrodos transparentes e
condutores em displays, telas de toque, células solares e dispositivos optoeletrônicos ................... 50
Figura 40 - Vidros "flexíveis" para displays: (a) Willow Glass de 0,1 mm de espessura adequado
para processo roll-to-roll (Corning); e (b) Spool de 0,05 mm de espessura da Asahi Glass ........... 52
Figura 41 - Previsão da evolução (da esqueda para a direita) dos dispositivos baseados em displays
flexíveis e-paper (topo) e displays AMOLED (embaixo) ................................................................ 53
Figura 42 - Protótipos de displays flexíveis: (a) e-paper da Elnk; (b) e (c) celulares com display
AMOLED da Samsung; (d) AMOLED da LG; e (e) AMOLED da Sharp ...................................... 54
Figura 43 - Ilustração do processo roll-to-roll para fabricação de displays eletroforéticos da SiPix
Technology ....................................................................................................................................... 55
Figura 44 - Protótipos de displays da JDI apresentados no evento Display Week 2013: (a) AMLCD
de 12.2” para aplicação automotiva; e (b) AMOLED de 5.2” com resolução de 423 ppi ................ 56
8
LISTAS DE TABELAS
Tabela 1 - Quadro comparativo das diferentes tecnologias de TFTs: silício amorfo hidrogenado (a-
Si:H), silício policristalino de baixa temperatura (LTPS) e óxido de índio, gálio e zinco (IGZO) .. 48
Tabela 2 - Migração das linhas de produção de TFTs a-Si:H para IGZO das principais fabricantes
de displays de AMLCD e AMOLED ............................................................................................... 49
9
1 Introdução
É indiscutível que atualmente os produtos eletrônicos, de informática e de
telecomunicações, sejam de uso profissional ou de consumo, dependam cada vez mais de
displays para sua operação. Há uma ampla variedade de tecnologias na área capazes de
manipular a cor, o brilho, o contraste e outros detalhes da imagem. Em 2012, a tecnologia
de displays de cristal líquido de matriz ativa (AMLCD) dominou o mercado. Neste mesmo
ano, a indústria de displays de diodos orgânicos emissores de luz de matriz ativa
(AMOLED) teve mais de 90 milhões de unidades vendidas. O mercado para estas duas
tecnologias somou mais de US$ 110 bilhões, com aplicações principalmente em televisões
de grande área, monitores para desktop, smartphones, tablets e notebooks.
As diferentes tecnologias de displays podem ser reunidas em dois grandes grupos,
emissivos e não emissivos, de acordo com sua capacidade ou não de emitir luz. A figura 1
apresenta uma matriz com as principais tecnologias.
Figura 1- Matriz das principais tecnologias de displays
Elaboração da autora.
Algumas tecnologias apresentadas na matriz não serão aprofundadas neste texto, uma vez
10
que estas oferecem poucas perspectivas de participação na corrida pelos displays planos
com alta resolução de imagem, embora possam atender a alguns nichos de mercado. Essas
tecnologias são descritas a seguir.
Displays de plasma: esta tecnologia apresenta boas características, e durante muitos anos
foi vista como a grande rival da tecnologia de LCDs. Porém, atualmente se encontra em
declínio devido a sua aplicação restrita a displays de grande área e à grande ascensão dos
displays de LCD. A maior fabricante de displays de plasma, a japonesa Panasonic,
anunciou recentemente o fechamento de sua maior fábrica de TVs de plasma, localizada
em Shanghai, China. A Panasonic não está abandonando totalmente a produção de displays
de plasma, mas irá diminuir sua capacidade de produção frente a uma demanda cada vez
menor. O objetivo agora é concentrar esforços na produção de displays de LCD e OLED.1
Displays de diodos emissores de luz (LED): os displays de LED consistem de diodos de
materiais inorgânicos e são utilizados principalmente em aplicações de grande área, como
outdoors, em estádios e para sinalização.
Displays de filme fino eletroluminescente (TFEL): têm estrutura bastante simples, cujo
elemento principal consiste de uma fina camada de fósforo. Apresentam algumas
características interessantes, tais como funcionamento em condições de temperatura
extrema (-60°C a 85°C), baixo custo e possibilidade de obtenção de displays flexíveis. Os
displays de TFEL foram muito utilizados no início da indústria de computadores portáteis
e, apesar de apresentarem características interessantes, algumas limitações tecnológicas –
tais como baixo tempo de vida, dificuldade de obtenção de displays de grande área, baixa
estabilidade dos fósforos e baixa luminância – impediram sua disputa com os displays de
alta performance, como o LCD.
Displays de emissão de campo (FED): da década de 1990 até meados dos anos 2000, a
tecnologia de FEDs foi bastante investigada por empresas como Motorola, Samsung,
PixTech, Futaba etc. Tais empresas acreditavam que esta tecnologia poderia ser mais barata
do que as tecnologias de LCD e plasma, porém, a grande dificuldade dos FEDs, que
culminou com o abandono da tecnologia pela maioria das empresas, foi o escalonamento
para produção em massa.
1 <http://online.wsj.com/article/BT-CO-20130111-701537.html>. Acesso em: 10 fev. 2013.
11
O texto a seguir apresenta um panorama tecnológico das tecnologias de LCD, OLED e e-
paper que estão presentes em inúmeras aplicações de displays (televisões, monitores,
tablets, smartphones, notebooks, livros eletrônicos etc.). Também serão apresentados dois
elementos fundamentais para os displays e que atualmente se encontram em processo de
inovação: os eletrodos transparentes e condutores e os transistores de filme fino (TFT). Por
fim, será apresentada a tecnologia que promete revolucionar o mercado nos próximos anos:
os displays flexíveis.
2 Display de Cristal Líquido (LCD)
2.1 Cristal líquido
A história do cristal líquido se inicia em 1888, quando Friedrich Reinitzer, um
pesquisador austríaco da área de botânica, descobriu um estado intermediário da matéria,
entre os estados líquido e sólido. Esse estado foi chamado de cristal líquido (figura 2). Um
líquido é isotrópico, ou seja, qualquer propriedade física verificada independe da direção
da medida. Um sólido cristalino, por outro lado, possui planos de simetria, e portanto é
anisotrópico. O cristal líquido combina a anisotropia ótica e elétrica do estado sólido com a
fluidez e a mobilidade molecular do estado líquido (Kim e Song, 2009).
12
Figura 2 - Ilustração dos estados da matéria: sólido, líquido e cristal líquido
Fonte: Ely, Hamanaka e Mammana (2007).
A possibilidade da utilização do cristal líquido em displays veio à tona somente por
volta de 1968, quando se demonstrou que uma fina camada desse material poderia espalhar
a luz quando submetida a uma tensão elétrica. A partir de então, expandiu-se rapidamente a
popularidade dos cristais líquidos e dos displays de LCD. O principal incentivo para o
desenvolvimento dos LCDs foi o baixo consumo de energia necessário para o controle da
transmissão da luz oriunda de uma fonte externa.
Entre os diversos tipos de cristais líquidos conhecidos, os nemáticos são os mais
importantes para aplicação em displays, devido à sua baixa viscosidade e baixo tempo de
resposta a impulsos elétricos (Ely, Hamanaka e Mammana, 2007, p. 1776-1779). Um tipo
particular de cristal líquido, chamado nemático torcido (TN), encontra-se naturalmente
torcido e a aplicação de uma diferença de potencial neste cristal líquido faz com que suas
moléculas alinhem ao campo elétrico, perpendicular ao substrato.
Atualmente, a empresa Merck, da Alemanha, é a líder mundial na fabricação de
cristais líquidos, fornecendo este material para quase todas as empresas fabricantes de
displays de LCD.
Usado em LCDs
Cristal líquido
Sólido Líquido
13
2.2 Princípio de funcionamento
Um módulo de LCD (figura 3) é composto basicamente por uma camada de
moléculas de cristal líquido alinhadas perpendicularmente entre dois eletrodos condutores
transparentes (vidro recoberto com uma fina camada de óxido de índio e estanho – ITO) e
dois filtros polarizadores. Além disso, há uma unidade de retroiluminação, ou backlight
unit (BLU), e uma série de filmes ópticos (difusores, realçadores de brilho), responsáveis
por espalhar a luz da BLU de maneira uniforme por toda a área de visualização do display
e extrair a luz da BLU com maior eficiência. As superfícies dos eletrodos que estão em
contato com o cristal líquido são tratadas a fim de alinhar as moléculas do cristal líquido
numa direção particular. O eletrodo superior contém o filtro de cor e o eletrodo inferior
pode conter os transistores de filme fino (TFTs) responsáveis pelo acionamento de cada
subpíxel (figura 4). Ao se aplicar uma diferença de potencial entre os eletrodos, um campo
elétrico é gerado. Este campo elétrico pode rotacionar as moléculas de cristal líquido,
alterando a transmissão de luz.
Figura 3 - Ilustração das partes que compõem um módulo de LCD
14
Fonte: Fujifilm (2012).
Figura 4 - Ilustração do píxel RGB e seus subpíxeis vermelho (R), verde (G) e azul (B)
Fonte: A autora.
Em um LCD com cristal líquido do tipo TN, as direções de alinhamento na
superfície dos dois eletrodos são perpendiculares, e assim as moléculas se organizam em
uma estrutura helicoidal. Há displays que, quando desligados, apresentam fundo claro, e
outros que apresentam fundo escuro. No primeiro caso, a luz que atravessa o filtro
polarizador é rotacionada pela hélice de cristal líquido à medida que esta passa pelas
moléculas de cristal líquido, permitindo assim que a luz passe através do segundo
polarizador, sem que seja bloqueada (figura 5-a). Quando se aplica uma diferença de
potencial entre os eletrodos suficiente para alinhar as moléculas do cristal líquido
(distorcendo sua estrutura helicoidal), não ocorre a rotação da luz incidente, de modo que a
luz sai perpendicular em relação ao segundo polarizador e, assim, é completamente
bloqueada, de modo que o píxel irá aparecer preto (figura 5-b). Ao controlar a tensão
aplicada através da camada de cristal líquido em cada píxel, a intensidade de luz pode ser
variada, de forma a controlar a iluminação do píxel. Para os displays com fundo escuro,
quando estes estão desligados, os polarizadores encontram-se alinhados paralelamente
Pixel (RGB)
Subpixels
15
entre si, de modo que, ao se aplicar um campo elétrico adequado, as moléculas de cristal
líquido se alinham perpedicularmente ao display e a luz atravessa o segundo polarizador.
(a)
(b)
Figura 5 - Ilustrações da polarização da luz para um display de fundo claro. (a)
Mudança da polarização da luz pelas moléculas de cristal líquido quando o display
está desligado; e (b) não alteração da polarização da luz devido ao alinhamento das
moléculas de cristal líquido quando o display está ligado
Fonte: Engineer Guy. Disponível em: <http://www.engineerguy.com/videos/video-
lcd.htm>.
2.3 Modos de acionamento
Os displays de LCD, assim como os de OLED, são displays de matriz (com linhas de
varredura e colunas de dados), o que significa que cada subpíxel pode ser acionado de
maneira individual. Existem dois modos de acionamento para os displays de LCD e
OLED: o multiplexado de matriz passiva e o multiplexado de matriz ativa.
2.3.1 Multiplexado de matriz passiva
No LCD de matriz passiva (PMLCD), os subpíxeis estão localizados na intersecção
das linhas e colunas (figura 6). Subpíxeis de linhas diferentes não podem ser acionados
simultaneamente. Este modo possui uma configuração relativamente simples e de baixo
custo, e é utilizado em displays de pequena área com informações em formato de texto e
imagens estáticas de baixa resolução. Displays com este modo de acionamento apresentam
16
algumas limitações, tais como: longo tempo de resposta, controle de tensão pouco preciso,
baixo contraste e ângulo de visão estreito.
Figura 6 - Ilustração do modo de acionamento multiplexado de matriz passiva
Fonte: <http://informatica.hsw.uol.com.br/lcd7.htm>. Acesso em: 21 fev. 2012.
2.3.2 Multiplexado de matriz ativa
A expressão matriz ativa se refere ao emprego de um elemento ativo para comandar
cada subpíxel do display (figura 7), o que em eletrônica quer dizer um elemento que
apresente ganho de corrente, de tensão ou de ambas. LCDs com matriz ativa utilizam uma
rede de transistores como chaves para comandar a voltagem aplicada a cada subpíxel
individualmente. Idealmente, a matriz ativa de TFTs pode ser considerada como um
arranjo de chaves para os píxeis, construído diretamente sobre o display.2
A configuração deste modo de acionamento é mais complexa, porém permite um
controle de tensão – e, portanto, de brilho – muito preciso, e possibilita a obtenção de
displays com amplo ângulo de visão, baixo tempo de resposta, altos contraste e brilho.
2A. P. Mammana, Curso de Mostradores de Informação (2003).
Colunas (dados)
Linhas (varredura)
V aplicada aqui
Conexão terra
17
Figura 7 - Ilustração do modo de acionamento multiplexado de matriz ativa
TFT
R G B
18
Fonte: Adaptado pela autora de <http://informatica.hsw.uol.com.br/lcd7.htm>. Acesso em: 21 dez.
2012.
2.4 Unidade de retroiluminação (BLU, backlight unit)
A BLU é a fonte luminosa de um display de LCD. Devido às tendências mundiais
de consumo de energia racional e consciente, o consumo de energia dos displays é um
assunto de permanente discussão. Grandes esforços para diminuir o consumo de energia
dos LCDs se concentram na BLU, responsável por 67% do consumo de energia do display
de LCD (ver figura 8). Uma solução encontrada é a substituição das lâmpadas
fluorescentes de cátodo frio (CCFLs) por diodos inorgânicos emissores de luz (LEDs).
Esta substituição está ocorrendo de maneira acelerada (ver figura 9). Espera-se que, no
caso de televisões, em 2015 todos os LCDs tenham suas BLUs iluminadas por LEDs.
Muitas TVs atualmente comercializadas como LED-TV não são TVs de LED, e sim TVs
de LCD com BLU de LED.
Figura 8 - Distribuição do consumo de energia para um display de LCD
Fonte: Ely (2012).
19
Figura 9 - Mercado de TVs por tecnologia1
Fonte: DisplaySearch (2012).
Nota: 1 Atente-se para o crescimento das vendas de televisões de LCD com BLU de LED e
a extinção de LCD com BLU de CCFL em 2015.
Além da diminuição do consumo de energia, a substituição das BLUs de lâmpadas
fluorescentes por LEDs oferece muitas vantagens, tais como (Kobayashi e Mikoshiba,
2009):
os LEDs cobrem uma gama de cores maior do que as CCFLs;
os LEDs têm uma eficiência maior do que as CCFLs, o que é particularmente
importante para dispositivos que usam baterias, tais como netbooks, tablets e
notebooks;
a utilização de LEDs com montagem na lateral (edge-lit, ver figura 10) permite a
obtenção de displays muito finos;
os LEDs permitem o monitoramento localizado de brilho ao longo de toda a tela;
LEDs são fontes de luz ambientalmente corretas, pois não contêm mercúrio.
A produção em massa das lâmpadas de LED tem feito seu preço diminuir
significativamente ao longo dos últimos anos. Além da aplicação em BLU, as lâmpadas de
LED têm penetrado os importantes mercados de iluminação doméstica, automotivo e de
iluminação industrial.
20
Figura 10 - Ilustração dos BLUs para LCDs: CCFL com montagem convencional e
LED com montagem na lateral (edge-lit)
Fonte: Sony. Disponível em: <http://www.sony.com.au/article/306397/product/kdl-40zx1>.
Acesso em: 10 fev. 2013.
Neste ponto, é importante mencionar que nem toda a luz oriunda da BLU chega até
a superfície externa do display. Deste modo, filmes ópticos são inseridos no display de
LCD para melhorar sua eficiência de extração da luz, possibilitando a obtenção de displays
com maior brilho e menor consumo de energia.
Em geral, estes filmes ópticos são chamados de filmes realçadores de brilho
(brightness enhancement film – BEF) e consistem de folhas de substratos plásticos
texturizados. Diversos tipos de texturas já foram investigados, tais como: arranjos de
microlentes, texturas piramidais, texturas prismáticas, texturas randômicas, lentes de
Fresnel etc. (Semenza, 2011). A figura 11 apresenta uma ilustração das camadas e dos
filmes ópticos que compõem um display de LCD.
21
Figura 11 - Ilustração das camadas e filmes ópticos utilizados em um display de LCD
Fonte: Semenza (2011).
A Vikuiti 3M dominou o mercado de filmes ópticos durante muitos anos, sendo
praticamente a única empresa detentora das patentes e da tecnologia de produção de filmes
realçadores de brilho. Apesar da migração da indústria de displays para a Ásia, a Vikuiti
3M manteve as fábricas de filmes ópticos nos Estados Unidos, mostrando a importância
estratégica do setor. Com a expiração das patentes da 3M e com o aumento expressivo da
produção de displays, novas companhias fabricantes de filmes ópticos surgiram no
mercado, a maior parte delas localizadas na Ásia. Algumas das empresas fabricantes de
filmes ópticos são:
Vikuiti 3M
Keiwa
Gamma Optical Co.
MNTech
E-Fun
Mitsubishi Rayon
Doosan
Reflexite
Toray Advanced Film Co.
UBright Optronics Co.
22
Hi-Light Tek Co.
SABIC
Kimoto
Tsujiden
Recentemente a empresa Nanosys, juntamente com a 3M, lançou um filme óptico
de quantum dots (QDs) de nanopartículas de fósforo que convertem a luz azul dos LEDs
utilizados como BLU em diferentes comprimentos de onda. Os QDs de diâmetro menor
emitem luz em comprimentos de onda menores, próximos ao verde. Já os QDs de diâmetro
maior emitem luz em comprimentos de onda maiores, próximos ao vermelho. O filme
óptico das empresas Nanosys e 3M, chamado de quantum dot enhancement film (QDEF),
apresenta uma mistura de QDs com diâmetro controlado que emitem verde e vermelho. A
cor azul vem da BLU de LEDs de nitreto de Gálio (GaN). O diâmetro controlado e
bastante reduzido dos QDs, da ordem de 2 a 10 nm, permite a obtenção de cores mais
puras e intensas. A figura 12 apresenta o espectro do filme óptico QDEF.
Figura 12 - Espectro do filme óptico da Nanosys e 3M (quantun dot enhancement film
(QDEF)
Fonte: Nanosysinc. Disponível em: <http://www.nanosysinc.com/>. Acesso em: 10 maio
2013.
A empresa QD Vision também lançou recentemente um componente óptico baseado
em QDs para melhorar a qualidade da cores em displays de LCD. Este componente óptico,
chamado de QD vision, consiste de um pequeno tubo de comprimento variável de acordo
com o tamanho do display, que contém QDs que emitem luz vermelha e verde (figura 13a).
23
Este tubo é inserido na lateral do display, entre os BLUs de LEDs azuis e o painel de guia
de luz (LGP, ver figura 13b). A Sony já está utilizando esta tecnologia em suas TVs de
LCD de alta definição da linha Bravia. Estas tecnologias com QDs buscam melhorar a
performance de cor das TVs de LCD frente à excelente performance de cor dos displays de
OLED.
(a)
(b)
Figura 13 - (a) Componente óptico Color IQ da empresa QD Vision; (b) Ilustração do
componente óptico Color IQ no display de LCD
Fonte: A autora.
2.5 Tecnologias para aumentar o ângulo de visão em displays de LCD
Existem várias tecnologias para aumentar o ângulo de visão (ângulo máximo em
que as imagens do display podem ser visualizadas com um desempenho visual aceitável)
nos displays de LCD. A tecnologia de chaveamento no plano (in-plane switching – IPS) foi
desenvolvida pela Hitachi em 1996. Na tecnologia IPS, os eletrodos estão no plano e as
moléculas de cristal líquido se movem horizontalmente em relação aos eletrodos, ao invés
de perpendicularmente, como nos displays de LCD com cristal líquido TN convencionais.
A Hitachi, a Panasonic e a LG são algumas das empresas que utilizam esta tecnologia.
24
Outra tecnologia utilizada para melhorar o ângulo de visão é a tecnologia de alinhamento
vertical multidomínio (multidomain vertical alignment – MVA). Esta tecnologia foi
desenvolvida pela Fujitsu em 1998 e se baseia no alinhamento vertical das moléculas de
cristal líquido. Algumas das empresas que usam esta tecnologia são a Fujitsu, a AUO e a
Chi Mei. Há uma variedade de configurações associadas a estas duas tecnologias. Estas
configurações são desenvolvidas pelos fabricantes de displays e estão em constante
evolução. Por exemplo, a AUO desenvolveu a premium MVA (P-MVA) e a Chi Mei e a
Fujitsu desenvolveram a tecnologia super MVA (S-MVA). A Samsung desenvolveu as
tecnologias patterned vertical alignment (PVA) e super patterned vertical alignment (S-
PVA). A figura 14 apresenta uma ilustração comparando o arranjo das moléculas de cristal
líquido em displays de LCD com as tecnologias TN, IPS e MVA. Na figura 15, temos a
comparação da imagem de displays com tecnologia LCD-TN e LCD-IPS em ângulo de
45°.
Figura 14 - Comparação do arranjo das moléculas de cristal líquido em displays de LCD
com as tecnologias TN, IPS e MVA
Fonte: <http://uk.hardware.info/reviews/2582/4/background-display-technologies-current-
display-technologies>. Acesso em: 10 jun. 2013.
25
Figura 15 - Ilustração comparativa da imagem de displays LCD-TN (direta) e LCD-IPS
(esquerda) em ângulo de 45°
Fonte: Blog Why LG TV. Disponível em: <http://whylgtv.lge.com/archives/3508>.
Acesso em: 10 jun. 2013.
2.6 Processos de fabricação de AMLCD
Os processos de fabricação de displays de LCD são bastante similares aos
processos utilizados na indústria de semicondutores. Os processos de deposição de
materiais (isolantes, semicondutores e metais), fotolitografia e corrosão são comuns para
ambas as indústrias. A grande diferença entre a indústria de displays e a de semicondutores
é o substrato utilizado para a fabricação dos TFTs. Na indústria de displays os TFTs são
fabricados sobre substratos de vidro, enquanto na indústria de semicondutores o substrato
utilizado é o silício. A temperatura de processamento também é bastante inferior para os
displays (temperatura máxima entre 300 e 500°C), enquanto para a fabricação de
semicondutores a temperatura de processamento pode chegar até 1.000 °C. A seguir serão
apresentadas as etapas de processo envolvidas na fabricação dos TFTs e do filtro de cor,
bem como a integração destas duas camadas. Por fim, serão ilustradas as etapas de
processo finais para fabricação do módulo de AMLCD. Todas as etapas de processo são
realizadas em salas limpas, com controle dos contaminantes. Este controle é expresso pelo
número de partículas por metro cúbico.
2.6.1 Generation (Gen.)
Um conceito importante ao se tratar de displays é o termo generation (geração), ou
simplesmente Gen. Este termo indica o tamanho do substrato de vidro utilizado na
26
fabricação dos displays. A figura 16 apresenta uma ilustração do tamanho dos vidros Gen.
3.5, Gen. 5 e Gen. 7. Em geral, fábricas de gerações maiores produzem displays para
aplicação em grande área (televisões) e fábricas de gerações menores os produzem para
smartphones, tablets etc. Como o custo para se aumentar o tamanho do substrato de vidro
não é muito grande, o custo por metro quadrado diminui para fábricas de gerações maiores.
Por isso, as fábricas de displays estão em um constante processo de aumento do tamanho
do substrato de vidro de suas fábricas.
Vidros para display não podem conter sódio ou íons alcalinos, pois estes
contaminam os materiais e danificam o TFT. No mundo, as principais empresas fabricantes
de vidro para displays são a Corning, a Schott e a Asahi Glass. Atualmente a Sharp (Japão)
possui uma fábrica que opera com o maior substrato de vidro – Gen. 10 ou 2.85 x 3.05 m.
Os vidros são processados até a última etapa em seu tamanho original e somente
são cortados quando os painéis já estão prontos. A etapa de corte dos painéis é muito
importante, e as fábricas procuram otimizar esta etapa para ter um maior aproveitamento
dos painéis.
Figura 16 - Ilustração do tamanho do substrato de vidro para Gen.7, Gen.5 e Gen. 3.5
Fonte: Imagem adaptada de AUO. Disponível em:
<http://www.auo.com/?sn=188&lang=en-US>. Acesso em: 10 dez. 2012.
Gen 7 (2.25x1.95 m)
Gen 5 (1.1 x 1.25 m)
Gen 3.5
(0.65 x 0.83 m)
27
2.6.2 Fabricação do TFT
A figura 17 apresenta as etapas de processo envolvidas na fabricação do TFT de
silício amorfo hidrogenado (a-Si:H). Para outros tipos de materiais, como silício
policristalino e óxidos amorfos semicondutores (AOS), há um aumento do número de
etapas de processo para fabricação do TFT. A etapa inicial na fabricação do TFT de a-Si:H
consiste na deposição e gravação do metal do eletrodo de porta (gate electrode). Conforme
ilustrado na figura 17, esta etapa consiste de oito processos principais: deposição do metal
por deposição química em fase vapor assistida por plasma (PECVD) ou sputtering,
limpeza, deposição do fotoresiste por spin coating, exposição, revelação, corrosão,
remoção do fotoresiste e inspeção. Esta sequência de processos é realizada para a
deposição e gravação de cada uma das camadas do TFT: metal (eletrodo de porta), eletrodo
de fonte e dreno, camada de passivação e eletrodo de ITO.
Figura 17 - Ilustração das etapas de processo envolvidas na fabricação do TFT de silicio
amorfo
Fonte: Figura cedida por Daniel den Engelsen.
2.6.3 Deposição e gravação do filtro de cor
A figura 18 apresenta os processos envolvidos na fabricação do filtro de cor. O
processo inicial consiste na deposição e gravação da black-matrix, utilizada para evitar a
perda de luz da BLU. A black-matrix consiste de uma camada metálica; os processos para
28
deposição e gravação são similares aos descritos anteriormente para a fabricação do TFT.
Como o filtro de cor consiste de materiais orgânicos em matrizes poliméricas
fotossensíveis, estes são depositados e gravados pela sequência de processos: deposição do
filtro de cor por spin coating, exposição, revelação e inspeção.
Figura 18 - Ilustração das etapas de processo envolvidas na fabricação do filtro de cor
Fonte: Figura cedida por Daniel den Engelsen.
2.6.4 Fabricação da Célula de AMLCD
Na etapa de fabricação da célula de AMLCD, ocorre a integração do TFT com o
substrato que contém o filtro de cor. Após a integração, os painéis são cortados e
preenchidos com cristal líquido.
29
Figura 19 - Ilustração da integração do TFT com o substrato que contém o filtro de cor e
das etapas de corte e preenchimento dos painéis de AMLCD com cristal líquido
Fonte: Figura cedida por Daniel den Engelsen.
2.6.5 Fabricação do módulo de AMLCD
A figura 20 mostra as últimas etapas de processo de fabricação do módulo de
AMLCD. Nestas últimas etapas, a célula de cristal líquido é limpa antes da aplicação dos
polarizadores. Em seguida, as placas de circuito impresso são conectadas e os filmes
ópticos são inseridos, assim como as lâmpadas da BLU.
Figura 20 - Ilustração das etapas de processo para fabricação do módulo
Fonte: Figura cedida por Daniel den Engelsen.
30
3 Display de OLED (Diodo Orgânico Emissor de Luz)
3.1 Princípio de funcionamento
Os OLEDs são dispositivos autoemissores de luz que vêm despontando como uma
tecnologia promissora para aplicação em displays e, mais recentemente, na área de
iluminação. O marco inicial no desenvolvimento dos OLEDs foi o trabalho realizado por
pesquisadores da Eastman Kodak. Em 1987, C. W. Tang e S. A. Van Slyke reportaram a
bem-sucedida construção de um dispositivo eletroluminescente utilizando pequenas
moléculas orgânicas depositadas por evaporação térmica como materiais emissores de luz.
O dispositivo apresentou alta eficiência e alto brilho (> 1.000 cd/m2) com uma baixa tensão
de acionamento (10 V), mostrando a viabilidade da utilização de semicondutores orgânicos
em dispositivos do tipo OLED (Tang e Van Slyke, 1987).
A estrutura básica de um dispositivo OLED consiste em um empilhamento de
camadas orgânicas de espessura nanométrica (< 100 nm) entre um ânodo, em geral ITO
depositado sobre substrato de vidro ou plástico, e um cátodo metálico. As principais
camadas orgânicas dos OLEDs são: camada injetora de buracos (HIL), camada
transportadora de buracos (HTL), camada emissiva (EML), camada transportadora de
elétrons (ETL) e camada injetora de elétrons (EIL). A camada emissiva pode conter
materiais emissores de diferentes cores ou a mistura de materiais para obtenção de emissão
de luz branca. Para melhorar os processos de injeção e transporte de cargas e obter uma
melhor eficiência dos dispositivos, os OLEDs apresentam estruturas com mais de dez
camadas orgânicas. A figura 21 apresenta a ilustração da estrutura de um dispositivo OLED
simples.
31
Figura 21 - Ilustração da estrtura de um dispositivo OLED simples
Fonte: A autora.
Todos os processos de deposição e gravação das camadas que compõem um OLED
são realizados em ambientes inertes com controle de umidade e oxigênio chamados glove-
box, ou câmara de luvas (figura 22). Isto é necessário, pois os materiais orgânicos são
muito susceptíveis à degradação quando expostos à umidade. Antes de se retirar um
dispositivo OLED da glove-box, este é encapsulado com materiais que apresentam uma
taxa de transmissão de vapor de água (WVTR) da ordem de 10-6g/m2/dia (Mullen e Scherf,
2006). A tecnologia para encapsulamento que vem sendo atualmente desenvolvida por
empresas e grupos de pesquisa chama-se thin film encapsulation (TFE), e consiste de um
sistema multicamadas de materiais inorgânicos e orgânicos depositados de maneira
intercalada através de processos de deposição por sputtering ou PECVD. Os materiais
inorgânicos, como nitreto de silício (SiN), apresentam WVTR da ordem de 10-6g/m2/dia,
porém, quando na forma de filmes finos, podem apresentar defeitos que comprometem sua
excelente propriedade de barreira. Deste modo, camadas orgânicas são depositadas com a
finalidade de planarizar a superfície e melhorar a qualidade da deposição das camadas
inorgânicas. O uso de sistemas multicamadas dificulta a mobilidade e a penetração das
moléculas de água através dos defeitos das camadas inorgânicas.3
3 C-C. Wu, Fundamentals of OLED Technology, Curso ministrado no dia 19/05/2013 durante o evento Display Week 2013, realizado em Vancouver, Canadá.
32
Figura 22 - Sistema de glove-box (câmaras de luvas) para fabricação de OLEDs e células
solares instalada no laboratório da Divisão de Mostradores de Informação do Centro de
Tecnologia da Informação Renato Archer (CTI)
Fonte: A autora.
Em dispositivos OLEDs simples, com o auxílio de eletrodos condutores, um campo
elétrico é aplicado ao material, de forma que elétrons são injetados do cátodo e buracos (ou
lacunas), do ânodo. Sob influência de um campo interno, estas cargas positivas e negativas
movem-se através do material, indo diretamente ao eletrodo de sinal oposto. Durante essa
migração, a probabilidade de encontro destas cargas de sinais opostos é proporcional a sua
concentração, e quando isso ocorre há a formação de espécies eletronicamente excitadas
denominadas éxcitons. Com o decaimento radiativo do éxciton, ocorre a emissão de luz.
3.2 Materiais para OLEDs
Os dois principais tipos de materiais utilizados na fabricação de OLEDs são os
polímeros semicondutores e as pequenas moléculas semicondutoras também conhecidas
como small molecules. Os polímeros são moléculas bastante grandes (macromoléculas),
compostas de unidades estruturais que se repetem várias vezes e, portanto, possuem alta
massa molar. Estes materiais são solúveis em solventes orgânicos e podem ser depositados,
por exemplo, através de impressoras especiais do tipo jato de tinta (ink-jet). As pequenas
moléculas semicondutoras são moléculas com baixa massa molar. Na maioria dos casos,
estes materiais são depositados por processos de deposição física em fase vapor (PVD),
33
mas já há pesquisas sendo desenvolvidas para a utilização das pequenas moléculas em
processos de deposição de materiais em solução como ink-jet. Até o momento, as pequenas
moléculas apresentam melhor performance (eficiência e tempo de vida) e menor custo para
aplicação em OLEDs. Desde a última década, materiais baseados em íons de metais de
transição (bloco d) e complexos contendo íons de terra rara (bloco f) têm sido utilizados na
confecção de OLEDs, com a finalidade de aumentar sua eficiência. Estes materiais,
também chamados de materiais fosforescentes, podem ser misturados aos polímeros ou às
pequenas moléculas, permitindo a utilização de éxcitons singletos e tripletos, podendo
atingir eficiência interna de até 100%, enquanto OLEDs de materiais fluorescentes
somente utilizam éxcitons singletos, o que resulta na limitação da eficiência interna a 25%.
Outro material também utilizado em OLEDs são os quantum-dots (QDs). Os QDs
consistem de cristais semicondutores com diâmetro de apenas alguns nanômetros que
possibilitam a obtenção de cores mais puras, devido ao estreitamento da largura da banda
de emissão. Em geral, pequenas quantidades de QDs são misturadas às matrizes
poliméricas.
A figura 23 apresenta três estruturas químicas de materiais utilizados na fabricação
de OLEDs – o polímero PFO (poli(9,9-di-n-octilfluorenil-2,7-diil)), a pequena molécula
Alq3(tris(8-hidroxiquinolinato de alumínio)) e o complexo organometálico Tris[2-
fenilpiridinato-C2,N]iridio(III). Para comprar em escala laboratorial no Brasil, o grama do
PFO custa aproximadamente R$ 2 mil, o grama do Alq3 custa R$ 500, enquanto 250
miligramas do complexo de irídio custam cerca de R$ 2,3 mil.4 Isto se deve aos processos
de síntese e purificação, que são muito mais complicados, usados para a obtenção dos
complexos organometálicos e polímeros.
4 Dados obtidos em 15 dez. 2012 no site: <http://www.sigmaaldrich.com>.
34
(a) (b)
(c)
Figura 23 - Fórmula química estrutural de materiais utilizados em OLEDs: (a) polímero
PFO; (b) pequena molécula Alq3; e (c) complexo organometálico de Ir3+
Fonte: A autora.
Moléculas orgânicas eletroluminescentes de derivados de dicianobenzenos têm sido
investigadas para a utilizacão em OLEDs, devido a sua capacidade de conversão dos
estados não radiativos tripletos em estados radiativos singleto, com o consequente aumento
da eficiência dos OLEDs. Estas moléculas são chamadas de thermally activated delayed
fluorescence (TADF), e são tão eficientes quanto os materiais fosforescentes, mas com
potencial de apresentar um custo mais baixo que os materiais fluorescentes (Uoyama et al.,
2012, p. 234-238).
3.3 Tecnologias para deposição de materiais orgânicos
Atualmente, a totalidade dos displays de matriz ativa de OLED (AMOLED)
comercialmente disponíveis são fabricados através de PVD de pequenas moléculas
orgânicas, utilizando-se máscaras mecânicas para gravação dos píxeis. Há um grande
esforço sendo realizado para se obterem AMOLEDs através de processos de deposição de
materiais em solução, com a finalidade de diminuir o alto custo dos processos de
fabricação de AMOLEDs por PVD. Este alto custo se deve ao uso de câmaras com alto
vácuo, desperdício de material depositado nas paredes da câmara de PVD e nas máscaras
mecânicas, e uso de máscaras mecânicas para gravação dos píxeis. Além disso, a sucessiva
introdução e retirada das máscaras mecânicas da câmara de PVD pode resultar na
introdução de partículas contaminantes na câmara. Estas partículas podem gerar defeitos
nos AMOLEDs, além de contribuírem para diminuição do tempo de vida. Um outro
aspecto negativo do processo de PVD para obtenção de AMOLEDs está relacionado com a
35
dificuldade de escalonamento do processo de PVD, que requer a fabricação de câmaras de
alto vácuo com dimensões muito grandes, além da utilização de máscaras mecânicas
também muito grandes. A figura 24 apresenta uma ilustração do processo de deposição dos
materiais orgânicos por PVD (evaporação térmica) utilizando máscara mecânica para
gravação dos píxeis.
Figura 24 - Ilustração do processo de deposição de materiais orgânicos por evaporação
térmica utilizando máscara mecânica para gravação dos píxeis
Fonte: <http://www.sinto-sp.co.jp/en/application/oled.html>.
Os problemas associados ao pior desempenho dos OLEDs preparados por técnicas
de deposição de materiais solúveis, como os OLEDs poliméricos, têm sido intensivamente
atacados através da melhora das propriedades dos materiais. Deste modo, há uma grande
expectativa da entrada deste tipo de AMOLED no mercado. Seu custo deve ser mais baixo
do que os dos OLEDs obtidos por PVD de pequenas moléculas, e o escalonamento para
grandes áreas deve ser mais fácil (figura 25). Recentemente, a Panasonic apresentou um
protótipo de TV de OLED de 56 polegadas (resolução 4K (3840x2160)) em que todas as
camadas orgânicas foram depositadas através da tecnologia de impressão jato de tinta (ink-
jet), conforme se vê na figura 26. A figura 27mostra uma impressora jato de tinta utilizada
para deposição de polímeros ou outros materiais solúveis para fabricação de dispositivos
OLEDs e células solares orgânicas.
36
Figura 25 - Comparação do custo de OLEDs de pequena e grande área obtidos por
processos de deposição de materiais em solução e PVD em relação ao custo do LCD
Fonte: Feehery et al. (2007).
Figura 26 - Protótipo de TV de OLED de 56 polegadas da Panasonic com camadas
orgânicas depositadas através da tecnologia de impressão jato de tinta
Fonte: PCWorld (2013).
37
Figura 27 - Impressora jato de tinta DMP-2831 (FUJIFILM Dimatix) utilizada para a
deposição de polímeros na fabricação de dispositivos OLEDs e células solares orgânicas
Fonte: A autora.
Uma outra técnica de deposição dos materiais orgânicos em OLEDs baseia-se na
aplicação de laser para a transferência e gravação dos materiais orgânicos. A técnica laser
induced thermal imaging (LITI) foi desenvolvida pela Samsung em conjunto com a 3M.
Nesta técnica, os materiais orgânicos são previamente depositados (podem ser utilizadas
diferentes técnicas, como evaporação térmica ou spin coating) em uma película plástica
juntamente com outras duas camadas intermediárias (estas camadas irão converter a
radiação do laser em calor). Em seguida, é realizado o alinhamento óptico do laser e do
substrato que receberá as camadas orgânicas. A película plástica com o material orgânico e
as camadas intermediárias é então laminada sobre o substrato e realiza-se a gravação e
transferência do material orgânico com o laser. A película plástica é então descartada. Esta
técnica permite a obtenção de OLEDs com alta resolução.
A figura 28 apresenta uma comparação das diferentes técnicas para deposição e
gravação dos materiais orgânicos em OLEDs.
38
Figura 28 - Comparação dos métodos de deposição e gravação dos materiais orgânicos em
OLEDs
Fonte: Semenza (2013)
3.4 Tipos de AMOLED
As empresas coreanas Samsung e LG dominam o mercado de AMOLEDs
atualmente. A principal diferença entre os OLEDs fabricados por essas empresas encontra-
se na estrutura do píxel. A LG utiliza um sistema de OLED branco com filtro de cor
(WRGB) para definir o padrão de cores RGB. Já a Samsung utiliza um sistema com os
subpíxeis nas cores RGB, e portanto não utiliza filtro de cor. Ambos os sistemas
apresentam vantagens e desvantagens. A figura 29 apresenta um quadro-resumo dos tipos
de AMOLED fabricados pela LG e pela Samsung.
39
Figura 29 - Características dos AMOLEDs fabricados pelas empresas Samsung e LG
Fonte: Kwon (2013)
Até o momento, a tecnologia da LG parece mais madura, uma vez que esta empresa
saiu na frente na corrida dos displays de grande área de AMOLED, com o início das
vendas na Coreia do Sul de sua TV de 55 polegadas em fevereiro de 2013 pelo preço de
US$ 10 mil (figura 30). Em breve, a LG deverá iniciar as vendas da primeira TV de
AMOLED 3D “curva” de 55 polegadas (figura 31). O display curvo promove uma melhor
experiência visual. O preço para a Coreia do Sul foi estimado em US$ 13,5 mil.
40
Figura 30 - Primeira TV de AMOLED comercializada no mundo, fabricada pela LG
Fonte: A autora.
(a)
(b)
Figura 31 - Primeira TV de AMOLED 3D "curva" do mundo, fabricada pela LG: (a) vista
fronta; (b) vista lateral
Fonte: A autora.
41
3.5 OLED x LCD
A estrutura dos displays de OLED é mais simples que a daqueles de LCD, pois, como os
displays de OLED são autoemissores de luz, não necessitam de BLU e filmes
polarizadores (figura 32). Portanto, os de OLED têm potencial para apresentar um custo de
fabricação mais baixo. A fina espessura do display, a alta razão de contraste, o baixo tempo
de resposta e o amplo ângulo de visão são vantagens comuns dos displays de AMOLEDs
em relação aos de AMLCDs. Displays de AMOLED de grande área ainda precisam ser
otimizados com relação ao tempo de vida e consumo de energia. A figura 33 apresenta uma
comparação do desempenho de displays de AMLCD com tecnologia IPS, AMOLED
branco com filtro de cor (RGBW) e AMOLED RGB.
Figura 32 - Desenho esquemático da estrutura de displays de LCD e OLED
Fonte: Nogueira (2012).
42
Figura 33 - Comparação do desempenho de displays de LCD-IPS, AMOLED-RGB e
AMOLED-RGBW
Fonte: Ukai (2013).
3.6 OLEDs para Iluminação
OLEDs com emissão de luz branca apresentam grande potencial para aplicação
como fontes de iluminação. A fabricação dos OLEDs para iluminação é mais simples do
que a fabricação de displays, pois lâmpadas de OLED não necessitam de TFTs. Empresas
como Philips, Novaled, Osram e muitas outras têm investido no desenvolvimento de
OLEDs para iluminação. Os OLEDs ainda apresentam tempo de vida e eficiência
inferiores aos LEDs, mas destacam-se pela liberdade de forma, fina espessura e
flexibilidade. Estas características permitem imaginar um futuro no qual as janelas de casas
serão substituídas por painéis de OLEDs brancos que, quando desligados, proporcionarão
visibilidade da área externa e, quando ligados, fornecerão iluminação para o ambiente
interno e ao mesmo tempo proporcionarão privacidade em relação ao ambiente externo
(figura 34). Os OLEDs com emissão de luz branca também poderão ser utilizados como
BLU em displays de LCD, além de outras inúmeras aplicações. Muitas luminárias de
OLED já foram desenvolvidas e estão sendo comercializadas, porém, devido ao alto custo,
43
até o momento o segmento atendido pelos OLEDs é o mercado de alto luxo, como hotéis
de alto padrão. A figura 35 apresenta luminárias de OLED.
Figura 34 - Ilustração da utilização de painéis de OLEDs para iluminação em janelas
Fonte: Osram (2013).
(a)
44
(b)
Figura 35 - Luminárias de OLED: (a) Airabesc, da OSRAM; e (b) Living Sculpture, da
Philips
Fonte: Osram (2013); Philips (2013).
4 Display de e-paper
Os displays conhecidos como e-paper, que consistem em um conjunto de
tecnologias que procuram imitar a aparência da tinta no papel, têm dominado o nicho de
mercado de livros eletrônicos (e-books). Este tipo não emite luz e não possui BLU,
gerando um grande conforto visual ao usuário em qualquer condição de iluminação. Outras
de suas vantagens estão relacionadas ao baixo consumo de energia, baixo custo de
fabricação e possibilidade da obtenção de displays flexíveis.
Até o momento, a tecnologia de e-paper mais madura é a da E-Ink. Trata-se de um
display eletroforético (EPD) com modo de acionamento vertical. Nesta tecnologia,
partículas eletroforéticas pretas e brancas com tamanho de dezenas de micrometros são
eletricamente carregadas com cargas de sinais opostos (Bert e D Smet, 2003, p. 103-110 e
223-230). Essas partículas são microencapsuladas e se encontram dispersas em fluido
transparente (Comiskey et al., 1998, p. 253; Park et al., 2006, p. 644-648). Quando
aplicado um campo elétrico, as partículas se movimentam em uma determinada direção,
dependendo de sua carga. Essa movimentação cria regiões com maior ou menor densidade
de partículas, consequentemente aumentando ou diminuindo o contraste nessas regiões
(figura 36). Mesmo quando não está sendo aplicado um campo elétrico, as partículas
45
continuam eletricamente carregadas, e deste modo só há consumo de energia quando é
necessário mudar o conteúdo a ser visualizado no display. Apesar de possuírem matriz
ativa, observa-se que estes displays ainda apresentam limitações, tais como o longo tempo
de resposta, a dificuldade de exibição de vídeos e a dificuldade de se obter displays
coloridos. Existem vários produtos no mercado baseados nesta tecnologia, sendo o livro
eletrônico Amazon Kindle o mais conhecido.
Figura 36 - Ilustração das microcápsulas de partículas eletroforéticas
Fonte: E-Ink (2012).
Além da aplicação em livros eletrônicos (e-books), estes displays apresentam
muitas outras aplicações, em etiquetas eletrônicas, celulares, relógios, placas de
sinalização, partituras eletrônicas, cartões inteligentes etc. A figura 37 mostra alguns
exemplos de aplicações de displays eletroforéticos. Outras tecnologias de e-paper são:
eletrocrômica, eletrocinética, electrowetting e MEMs-IMOD.
46
(a)
(b)
Figura 37 - Displays eletroforéticos da E Ink aplicados em (a) relógio; e (b) etiquetas
eletrônicas
Fonte: A autora.
5 Transistor de Filme Fino (TFT)
O elemento fundamental nos displays de matriz ativa, ou seja, aqueles que exibem
imagens em alta definição, com capacidade de exibição de vídeo, coloridos e de grande
área, é o TFT. Os transistores são responsáveis pelo acionamento de cada subpíxel
individualmente. Os principais materiais para fabricação de TFTs utilizados atualmente são
o a-Si:H, o silício policristalino obtido a baixa temperatura (LTPS) e o AOS, sendo o mais
conhecido o óxido de índio, gálio e zinco (IGZO). A figura 38 apresenta desenhos das
estruturas destes tipos de TFTs, podendo-se observar que a estrutura do TFT de LTPS é
bastante complexa se comparada com o a-Si:H e o IGZO, que apresentam estruturas
bastante semelhantes. Os TFTs de IGZO ainda se encontram em fase de desenvolvimento,
mas têm apresentado resultados promissores que atendem as tendências tecnológicas das
novas gerações de displays: displays de ultra alta definição, displays de grande área,
displays 3D, displays flexíveis e transparentes.
47
(a)
(b)
(c)
Figura 38 - Ilustração das estruturas (em corte) dos TFTs de: (a) a-Si:H; (b) IGZO; e (c)
LTPS
Fonte: Latin Display; IDRC – International Display Research Conference (2012).
A tabela 1 apresenta um quadro-resumo com as principais características dos TFTs
de diferentes materiais. Atualmente, a maioria dos displays AMLCD emprega a-Si:H como
material semicondutor no TFT, em virtude de sua boa uniformidade em grandes áreas e
baixo custo de fabricação. Porém, no caso de AMLCDs de maior definição, não é possível
utilizar TFTs de a-Si:H, devido à sua baixa mobilidade eletrônica (~1 cm2/Vs). Para
displays de AMOLED, os TFTs de a-Si:H também não são adequados, pois o display de
AMOLED é acionado por corrente e requer alta mobilidade eletrônica e boa estabilidade
elétrica para seu funcionamento, o que até o momento não foi possível com TFTs de a-
Si:H. Nestes casos, uma das opções é a utilização de TFTs de LTPS, cuja mobilidade
eletrônica varia de 10 a 500 cm2/Vs. Além disso, TFTs de LTPS apresentam excelente
estabilidade elétrica. Para a obtenção deste tipo de TFT, o silícioa amorfo é cristalizado
através de processos que envolvem a utilização de lasers. Este tipo de equipamento tem
um custo muito elevado e o processo de cristalização do silício ainda não apresenta boa
48
uniformidade para grandes áreas. Este é um dos fatores que tem dificultado a obtenção de
displays de AMOLED de grande área.
Tabela 1 - Quadro comparativo das diferentes tecnologias de TFTs: silício amorfo
hidrogenado (a-Si:H), silício policristalino de baixa temperatura (LTPS) e óxido de índio,
gálio e zinco (IGZO)
a-Si:H LTPS IGZO
Tamanho do
substrato de vidro
(generation)
Gen. 8
(2160 mm x 2460
mm)
Gen. 8
(Samsung)
Gen 8
(Sharp)
Mobilidade eletrônica Baixa
~ 1 cm2/Vs
Alta
10-500 cm2/Vs
Média
1-40 cm2/Vs
Uniformidade Alta Baixa
Alta
Custo/rendimento Baixo/alto Alto/baixo
Baixo/alto
Temperatura de
processamento
~ 250 oC
> 250 oC Temperatura ambiente
a ~300 oC
Tipos de display
LCD
LCD, OLED
LCD, OLED
Desafios Baixa mobilidade e
baixa estabilidade
Baixa
uniformidade,
escalonamento e
custo elevados
Baixa estabilidade da
tensão de limiar (Vth)
e reprodutibilidade
Fonte: Adaptado de Kamiya, Nomura e Hosono (2010); NPD DisplaySearch
(2012).
Desde 2004, AOS tais como o óxido de zinco e estanho (ZTO) e IGZO têm
demonstrado serem excelentes alternativas para TFTs da próxima geração de displays de
49
matriz ativa. TFTs de IGZO apresentam desempenho superior ao a-Si:H, baixa temperatura
de processamento e transparência próxima a 90% na faixa do espectro visível. Além disso,
os TFTs de AOS podem ser fabricados utilizando os mesmos equipamentos da indústria
atual de TFTs dea-Si:H com pequenas modificações. Muitas empresas têm divulgado
planos para converter suas linhas de produção de TFTs de a-Si:H em TFTs de IGZO,
conforme mostra a tabela 2.
Tabela 2 - Migração das linhas de produção de TFTs a-Si:H para IGZO das principais
fabricantes de displays de AMLCD e AMOLED
Fonte: Display Search (2012).
Apesar das inerentes vantagens dos TFTs de AOS, ainda existem questões
importantes a serem abordadas, como a reprodutibilidade dos transistores e a baixa
estabilidade da tensão de limiar (threshold voltage, Vth). Para aplicação em displays de
AMOLED, as dificuldades são ainda maiores, uma vez que o circuito de acionamento dos
displays de OLED é mais complexo que o dos displays de LCD e requerem mais de um
transistor por subpíxel. O transistor responsável pelo controle da corrente é bastante
sensível a variações de Vth. Pequenas variações de Vth levam a distorções significativas
nas imagens exibidas pelos displays (BNP Paribas, 2012, p. 1-16).
50
6 Eletrodos Transparentes e Condutores
Como já mencionado nas seções que tratam sobre o princípio de funcionamento de
displays de LCD e OLED, os eletrodos transparentes e condutores são um elemento
comum não só em vários tipos de displays, mas também em telas de toque, células solares
e outros dispositivos optoeletrônicos. A figura 39 apresenta algumas características
requeridas destes eletrodos para tais aplicações.
Figura 39 - Características requeridas para aplicação de materiais como eletrodos
transparentes e condutores em displays, telas de toque, células solares e dispositivos
optoeletrônicos
Fonte: Displaybank (2012).
Atualmente, a tecnologia mais adotada consiste no filme de ITO fabricado por PVD
(sputtering). No entanto, filmes de ITO apresentam limitações em relação à flexibilidade e,
além disso, o índio é um metal raro, podendo apresentar problemas de esgotamento de
recursos.
Há uma demanda crescente por eletrodos transparentes e condutores, de modo que
o desenvolvimento de novos materiais com menor custo, maior flexibilidade e melhor
relação entre transparência e condutividade têm sido alvo de muitas empresas e grupos de
pesquisa. Eletrodos baseados em materiais orgânicos (como polímeros condutores) têm
sido desenvolvidos, mas muitos desafios ainda precisam ser vencidos com relação ao
comprometimento da transparência com o aumento da condutividade e a baixa
durabilidade. Até o momento, os materiais mais promissores para aplicação em eletrodos
são o grafeno, nanotubos de carbono e nanofios de prata (Displaybank, 2012; Kim et al.,
2009, p. 706-710).
51
O Brasil apresenta uma grande iniciativa para o desenvolvimento de pesquisas em
grafeno, com a criação de um centro de pesquisas dedicado ao estudo do grafeno e suas
aplicações nas áreas química, engenharia de materiais e fotônica. Trata-se do Centro de
Pesquisas Avançadas em Grafeno e Nanomateriais (MackGraphe), em operação desde
2013 e cuja sede própria está sendo construída nas dependências da Universidade
Presbiteriana Mackenzie e tem a inauguração prevista para o ano de 2015. O Centro conta
com investimentos da própria universidade, da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado
de São Paulo (Fapesp) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico (CNPq) (Barros, 2013, p. 52-54; Matsu, 2014)..
7 Displays Flexíveis
Displays flexíveis são aqueles que podem ser fabricados em substratos plásticos,
folhas metálicas flexíveis ou até mesmo em folhas de vidro muito finas (figura 40),
conferindo-lhes diversas características, como espessura bastante fina, baixo peso,
possibilidade de dobrar e enrolar sem perder sua funcionalidade (Crawford, 2005, p. 1-9).
(a)
52
(b)
Figura 40 - Vidros "flexíveis" para displays: (a) Willow Glass de 0,1 mm de espessura
adequado para processo roll-to-roll (Corning); e (b) Spool de 0,05 mm de espessura da
Asahi Glass
Fonte: A autora.
A figura 41 apresenta uma tendência da evolução em cinco fases dos dispositivos
baseados em displays flexíveis do tipo e-paper e AMOLED. De acordo com Ruiqing Ma e
colaboradores (Ma. Hack e Brown, 2010, p. 8-14), em um primeiro momento os displays
apresentam baixo consumo e, embora ainda sejam feitos em vidro, são leves e delgados.
Em uma segunda fase, o substrato de vidro é substituído por materiais flexíveis, tornando
os displays mais leves, “inquebráveis” e conferindo-lhes uma flexibilidade limitada. Em
uma terceira fase, os displays tornam-se dobráveis, devido à utilização de substratos mais
flexíveis e delgados. O fato de os displays tornarem-se dobráveis abre novas oportunidades
de aplicação como, por exemplo, a utilização de displays de OLED totalmente coloridos
com mapas em roupas de militares. Em uma quarta fase, tornam-se mais flexíveis ainda,
podendo ser enrolados e tornando-se bastante compactos. Em uma fase final, adquirem
uma grande flexibilidade, de modo que podem ser conformados de qualquer maneira,
como o papel. Cada uma das fases da evolução dos displays flexíveis apresenta uma gama
enorme de possibilidades de aplicação.
53
Figura 41 - Previsão da evolução (da esqueda para a direita) dos dispositivos baseados em
displays flexíveis e-paper (topo) e displays AMOLED (embaixo)
Fonte: Ma, Hack e Brown (2010).
Muitas empresas têm demonstrado protótipos de displays flexíveis, incluindo a
Samsung, LG, Plastic Logic, Bridgestone, E Ink, Fujitsu, Sharp e outras. A figura 42
mostra alguns protótipos. O processo de fabricação contínuo por rolos (roll-to-roll) é
parecido com a tecnologia off-set utilizada para a impressão de jornais e revistas e
apresenta-se como uma tecnologia chave para a obtenção de displays flexíveis com menor
custo e maior rendimento. De maneira geral, no processo de fabricação contínuo por rolos,
uma linha contínua de processos é alimentada por uma bobina de substrato plástico
adequado para a fabricação de displays, e rolos com padrões pré-gravados transferem
estruturas para os substratos flexíveis. Ao final da linha de produção, têm-se muitos metros
ou quilômetros de displays flexíveis, que são então cortados no tamanho adequado. Esta
tecnologia deve revolucionar a indústria em um futuro não muito distante. A figura 43
mostra uma ilustração do processo roll-to-toll para fabricação de displays eletroforéticos
desenvolvido pela empresa SiPix, que em 2012 foi comprada pela E Ink.
54
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Figura 42 - Protótipos de displays flexíveis: (a) e-paper da Elnk; (b) e (c) celulares com
display AMOLED da Samsung; (d) AMOLED da LG; e (e) AMOLED da Sharp
Fonte: E Ink, Oled-Info; Autora (2013).
55
Figura 43 - Ilustração do processo roll-to-roll para fabricação de displays eletroforéticos
da SiPix Technology
Fonte: <http://www.printedelectronicsworld.com/articles/on-a-roll-why-e-ink-is-still-the-
leader-in-e-paper-00005183.asp?sessionid=1>. Acesso em: 10 jun. 2013.
8 Japan Display Inc. (JDI)
No início de 2012, as empresas japonesas Sony, Toshiba e Hitachi, juntamente com
a empresa de inovação ligada ao governo japonês, a Innovation Network Corporation of
Japan, se uniram, criando a Japan Display Inc. (JDI). A Innovation Network Corporation of
Japan fez um investimento de U$ 2,6 bilhões e detém 70% de participação na joint venture.
As demais empresas detêm aproximadamente 10% de participação (cada). O objetivo da
JDI é fabricar displays de LCD e OLED de área pequena e média, com foco em aplicações
para smartphones, tablets, câmeras digitais, equipamentos automotivos e industriais.
Atualmente, a JDI lidera o mercado mundial de displays de AMLCD de área pequena e
média.
Mais recentemente, a JDI decidiu investir em uma linha piloto para a fabricação de
displays de OLEDs com TFTs de LTPS. Em 31 de julho de 2014, a JDI, juntamente com as
empresas Sony, Panasonic e Innovation Network Corporation of Japan, formaram uma
nova empresa chamada JOLED, cujo foco é em OLEDs de área média. A JOLED será
lançada oficialmente em janeiro de 2015. A vasta experiência da Sony em OLEDs será de
extrema importância nesta nova empreitada da JDI.
56
Na última edição do evento Display Week, da Society for Information Displays
(SID), realizado em maio de 2013 no Canadá, a JDI apresentou uma série de protótipos de
até 15 polegadas de displays AMLCD de alta definição com TFT de LTPS e tecnologia de
toque incell (figura 44-a). Também foi apresentado um protótipo de display de AMOLED
de 5,2 polegadas com alta resolução (423 ppi) (figura 44-b).
(a)
(b)
Figura 44 - Protótipos de displays da JDI apresentados no evento Display Week 2013: (a)
AMLCD de 12.2” para aplicação automotiva; e (b) AMOLED de 5.2” com resolução de
423 ppi
Fonte: A autora.
9 Cenário Brasileiro
Com o fim da era dos displays de tubos de raios catódicos (CRTs), e o consequente
fechamento das fábricas, o Brasil passou a realizar somente a montagem final (back-end)
dos displays de LCD e plasma. Porém, nos últimos anos tem-se observado um grande
interesse no estabelecimento de uma fábrica de displays no país.
A China, um dos países que lidera a fabricação de displays de LCD, adotou uma
estratégia de longo prazo (30 anos) para alcançar a liderança neste setor. O apoio do
governo foi o fator determinante para o sucesso desta estratégia. Este apoio se deu através
57
de uma série de ações, como o provimento de suporte financeiro (o governo é
coinvestidor), a criação de políticas de incentivos fiscais para atração de indústrias da
cadeia de suprimentos, a atração de especialistas em displays, a formação de alianças
estratégicas, o estabelecimento de institutos de pesquisa e desenvolvimento em displays, a
criação de programas para formação de recursos humanos, o estabelecimento de acordos
para transferência de tecnologia, a importação de fábricas “usadas” de pequenas gerações
para capacitação, a criação de políticas para estímulo ao consumo interno e a criação de
parques industriais agregando toda a cadeia de suprimentos associada à fabricação de
displays (fábricas de vidros, LEDs, insumos químicos, circuitos integrados etc.),
minimizando assim o custo de transporte e os riscos.
O cenário brasileiro é bastante diferente do cenário chinês. Como já mencionado,
hoje no Brasil não há fábricas de displays e as ações no setor estão restritas à pesquisa
realizada nas universidades e laboratórios de pesquisa públicos. A temática das pesquisas
envolve basicamente a síntese de novos materiais (com foco principal em materiais
orgânicos com propriedades eletroluminescentes e cristais líquidos) e o estudo de suas
propriedades, bem como a montagem e caracterização de dispositivos. Poucos grupos
atuam na área de desenvolvimento de processos de fabricação. Os resultados gerados nas
pesquisas são disseminados na forma de publicações científicas em anais de conferências e
periódicos nacionais e internacionais, e nos últimos anos não foi observado o registro de
patentes em displays por pesquisadores brasileiros. Ações de financiamento foram
promovidas nos últimos anos através de chamadas BNDES-Funtec e FINEP, porém, o
baixo interesse de empresas nacionais dificulta o sucesso destas ações.
A seguir são listados, por área de atuação, alguns grupos de pesquisa com atuação
em displays no Brasil.
Metrologia de displays
Laboratório de Colorimetria do CPqD (Campinas,
SP)
Divisão de Mostradores de Informação do Centro
de Tecnologia da Informação Renato Archer
(Campinas, SP)
Centro de Dispositivos Orgânicos (CeDO) –
Inmetro (Duque de Caxias, RJ)
58
Grupo De Dispositivos Optoeletrônicos
Orgânicos – Departamento de Física da UFPR
(Curitiba, PR)
Centro de Dispositivos Orgânicos (CeDO) –
Inmetro (Duque de Caxias, RJ)
Grupo de Polímeros Prof. Bernhard Gross do
Instituto de Física da UPS (São Carlos, SP)
Divisão de Mostradores de Informação do
Centro de Tecnologia da Informação Renato
Archer (Campinas, SP)
Laboratório de Optoeletrônica Molecular –
Departamento de Física da Pontifícia
Universidade Católica do Rio de Janeiro – PUC-
RJ (Rio de Janeiro, RJ)
Grupo de Eletrônica Molecular da Escola
Politécnica da USP (São Paulo, SP)
Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da PUC-
SP (São Paulo, SP)
Departamento de Física da Universidade
Estadual de Maringá – UEM (Maringá, PR)
Departamento de Química da UFSC
(Florianópolis, SC).
Montagem e caracterização
de dispositivos
Síntese de novos materiais
Laboratório de Polímeros Paulo Scarpa -
Departamento de Química da Universidade
Federal do Paraná – UFPR (Curitiba, PR)
Grupo de Polímeros Prof. Bernhard Gross do
Instituto de Física da Universidade de São Paulo
– USP (São Carlos, SP)
Grupo de Cristais Líquidos e Micelas –
Departamento de Física do Centro de Ciências
Físicas e Matemáticas da Universidade Federal
de Santa Catarina – UFSC (Florianópolis, SC).
Divisão de Mostradores de Informação do
Centro de Tecnologia da Informação Renato
Archer (Campinas, SP).
59
Estudo das propriedades
(elétricas, ópticas, físico-
químicas) de novos
materiais
Laboratório de Espectroscopia de Materiais –
Instituto de Física da Universidade Federal de
Uberlândia – UFU (Uberlândia, MG)
Grupo de Polímeros Prof. Bernhard Gross do
Instituto de Física da USP (São Carlos, SP)
Laboratório de Fotofísica e Fotoquímica –
Instituto de Química da Universidade Estadual
de Campinas – Unicamp (Campinas, SP)
Divisão de Mostradores de Informação do
Centro de Tecnologia da Informação Renato
Archer (Campinas, SP)
Centro de Dispositivos Orgânicos (CeDO) –
Inmetro (Duque de Caxias, RJ)
Laboratório de Optoeletrônica Molecular –
Departamento de Física da PUC-RJ (Rio de
Janeiro, RJ)
Grupo de Cristais Líquidos e Micelas –
Departamento de Física do Centro de Ciências
Físicas e Matemáticas da UFSC (Florianópolis,
SC)
Grupo de Eletrônica Molecular da Escola
Politécnica da USP (São Paulo, SP)
OLEDs para iluminação
Centro de Dispositivos Orgânicos (CeDO) –
INMETRO (Duque de Caxias, RJ).
Centro de Mecaoptoeletrônica da Fundação CERTI
(Florianópolis, SC)
60
A Divisão de Mostradores de Informação do Centro de Tecnologia da Informação
Renato Archer (CTI) foi pioneira na atuação em displays no Brasil. Na década de 1980, o
CTI iniciou suas atividades na área, com a criação da primeira linha piloto da América
Latina para a fabricação de displays de cristal líquido TN. Desde então, foram fabricados
centenas de protótipos de LCDs para empresas e instituições de pesquisa e
desenvolvimento ibero-americanas. O CTI também foi pioneiro no desenvolvimento de
outras tecnologias de displays – tais como FEDs com nanotubos de carbono, OLEDs
flexíveis, e-paper, displays 3D, TFEL e eletrocrômicos –, abrangendo todo o seu ciclo de
desenvolvimento (projeto, desenvolvimento de processos, fabricação, montagem,
encapsulamento, caracterização eletro-óptica, análise de falhas, qualificação e ensaios de
confiabilidade). O CTI tem sido referência para instituições de pesquisa e desenvolvimento
e empresas nacionais e internacionais por sua atuação em pesquisa básica, pelo
desenvolvimento de tecnologias e produtos e pela prestação de serviços de fabricação e
caracterização de displays.
Em 2005, a partir dos esforços do CTI em displays, a mais importante sociedade
internacional de displays, a Society for Information Displays (SID), inaugurou no Brasil o
Capítulo Latino-Americano da SID. Atualmente, o Capítulo Latino-Americano da SID
promove eventos anuais no Brasil, mobilizando a indústria, a academia e o governo para
discutir os avanços e as tendências nas tecnologias de displays, bem como os desafios e
oportunidades para a participação brasileira neste importante setor da economia.
61
10 Considerações Finais
A fabricação de displays é uma atividade tecnologicamente complexa, porém de
extrema importância para o desenvolvimento econômico do Brasil, uma vez que os
displays são a interface cada vez mais requerida nos meios de comunicação e informação.
Além disso, o Brasil apresenta um atrativo mercado interno e, junto com o Mercado
Comum do Sul (Mercosul), desperta um grande interesse para a manufatura local de
displays. Atualmente, o mercado mundial no setor movimenta mais de US$ 100 bilhões.
A tecnologia de displays de LCD, que nos últimos anos tem apresentado hegemonia
em diversas aplicações, como em televisões, monitores, notebooks, tablets e smartphones,
tem procurado se reinventar constantemente com inovações que buscam principalmente
diminuir o consumo de energia, melhorar o desempenho de cor, aumentar o ângulo de
visão e diminuir o tempo de resposta dos displays de LCD, possibilitando, assim, a
obtenção de displays de ultra alta definição e de grande área. Algumas destas inovações
consistem na utilização de LEDs como BLU, utilização de filmes ópticos realçadores de
brilho, utilização de QDs na forma de filme óptico ou componente óptico,
desenvolvimento de TFTs de AOS e uso de tecnologias para aumentar o ângulo de visão,
como IPS, MVA e FFS.
As lâmpadas de LED são componentes chave dos displays de LCD e sua produção
em massa tem feito o preço diminuir significativamente ao longo dos últimos anos. Além
da aplicação em BLU, as lâmpadas de LED têm penetrado nos importantes mercados de
iluminação doméstica, automotivo e de iluminação industrial. A atração ou criação de uma
fábrica de LEDs no Brasil pode ser uma maneira de ingressar na cadeia produtiva de
displays.
Embora a tecnologia de LCDs seja mais antiga e mais madura, a tecnologia de
displays de OLEDs apresenta características promissoras que devem acirrar a disputa do
mercado. Entre estas características, destacam-se: sua estrutura simples (ausência de BLU
e filmes polarizadores de luz), sua alta razão de contraste, seu amplo ângulo de visão, sua
ampla gama de cores, sua fina espessura e a possibilidade de obtenção de displays
flexíveis. Apesar das características promissoras, o alto custo dos displays de OLED de
grande área ainda continua sendo uma barreira para a entrada das televisões de OLED no
mercado mundial. Inovações no processo de deposição dos materiais orgânicos em solução
através de métodos de impressão e o desenvolvimento de TFTs de AOS prometem
62
contribuir para a redução do custo de fabricação de displays de OLED de grande área.
Estas inovações têm sido perseguidas por algumas empresas e podem representar rupturas
tecnológicas importantes. Aqui também há oportunidade de inserção na cadeia produtiva
dos displays, uma vez que estas inovações são recentes e ainda há um longo caminho a
percorrer para sua consolidação. Nesse sentido, muitas possibilidades existem para
inovação, desenvolvimento de processos de fabricação e geração de propriedade
intelectual.
A tecnologia de displays e-paper, que tem se destacado nos últimos anos, consiste
na verdade de um conjunto de tecnologias que procuram imitar a aparência da tinta no
papel. A tecnologia eletroforética é a mais consolidada e domina o nicho de mercado de
livros eletrônicos (e-books). Este tipo de display não emite luz e não possui BLU, gerando
um grande conforto visual ao usuário em qualquer condição de iluminação. Outras de suas
vantagens estão relacionadas ao baixo consumo de energia, baixo custo de fabricação e
possibilidade da obtenção de displays flexíveis. Há oportunidade de inovação nesta
tecnologia com relação à obtenção de displays e-paper coloridos e com capacidade de
exibição de vídeo.
Os displays flexíveis representam o futuro das tecnologias na área e o processo de
fabricação contínuo por rolos (roll-to-roll) deve ser a tecnologia chave para a sua obtenção.
Esta tecnologia permitirá a obtenção de metros ou quilômetros de displays flexíveis,
revolucionando não só o conceito atual das fábricas, mas também as aplicações deste tipo
de display.
Independentemente da tecnologia escolhida, para o estabelecimento de uma
indústria de displays no Brasil, é necessário um compromisso público-privado de longo
prazo e a realização de grandes investimentos, visando à criação de um centro nacional de
pesquisa e desenvolvimento em displays, a formação de recursos humanos, a aproximação
do setor produtivo com os centros geradores de conhecimento, a importação de fábricas
“usadas” de pequenas gerações para capacitação, a atração de especialistas estrangeiros e a
criação de parques industriais que agreguem toda a cadeia de suprimentos associada à
fabricação de displays.
63
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