iluminacao 6 oled_lamps

Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 1

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Aplicações

OLEDsNão concordo com o acordo ortográfico



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Iluminação!.....O Espectro Electromagnético



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Raios Gama

Raios X

Ultra-Violetas Infra-vermelhos Micro-Ondas Ondas Rádio

Ondas longas.Baixa Frequência.

Baixa energia.

Ondas curtas.Alta Frequência.

Alta energia.

Iluminação!.....A luz visível

Azul Verde Vermelho

Luz Visível



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PRODUÇÃO DE LUZ

termoradiação luminescência

natu

ral

artif

icia

l

Combustão Incandescência

Radiação de um corpo sólido

Chama

Lampião de gás

Lâmpada incandescente

Descarga no seio de um gás

Lâmpada de vapor metálico

Substâncias luminescentes

Placas de sinalização rodoviária

Iluminação!.....



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Estado excitado

Iluminação!.....

A luminescência, é a emissão de luz por uma substância quando submetida a algum tipo de estímulo, como luz, reação química, ou radiação ionizante, mas que não a temperatura(a emissão de luz causada por aumento da temperatura é chamada incandescência).

Luminescência

Diagrama de energia

Estado Normal

Uma partícula excitada (átomo ou molécula) só pode perder a sua energia extra, de poucas maneiras:

Gerando calor. Transferindo a energia para uma outra partícula. Ruptura. Luminescência: Emitindo luz.

http://all-free-download.com/free-photos/the_luminescence_earth_picture_170503.html



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Fosforescência: é a capacidade que uma espécie química tem de emitir luz, mesmo no escuro. Quando o material é exposto a luz ,devido a uma configuração especial de seus electrões, eles absorvem a energia da luz visível ou luz ultravioleta, os electrões dos átomos se excitam migrando para níveis de energia mais afastados do núcleo. Retirado a exposição à radiação, os electrões retornam lentamente aos níveis mais internos emitindo luz, fenómeno denominado fosforescência.

Tipos de luminescência por Mecanismo: Fluorescência: é um tipo de luminescência que é resultado da recombinação muito

rápido (micros segundos) de excitações simples. Ela desaparece rapidamente quando a fonte de excitação (luz ou da corrente eléctrica) é removida. Os seus electrões são promovidos de um nível de energia inferior para um nível mais externo , onde dizemos que o electrão se encontra em estado excitado. Ao retornar ao seu nível fundamental de energia o electrão emite a energia absorvida na forma de radiação visível. Assim, o fenómeno da fluorescência só perdura enquanto existir uma fonte de radiação. No caso da lâmpada fluorescente , há emissão de luz enquanto a tomada estiver ligada pois a corrente eléctrica é a fonte de energia e o material utilizado para recobrir o interior do tubo de vidro é o fósforo, responsável pela absorção da radiação ultravioleta emitida pelo mercúrio no interior do tubo e emissão da luz visível branca.

Iluminação!.....Luminescência



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FosforescênciaFluorescência

Iluminação!.....Luminescência

Emprega-se o termo fosforescência quando ocorre emissão retardada de luz ou brilho residual. São substâncias fosforescentes os sulfatos alcalinos e alcalino-terrosos e o sulfato de zinco. Essa distinção, no entanto, é imprecisa, já que depende da acuidade do detector utilizado, seja ele o olho humano ou um aparelho.

O fenómeno dividem-se em duas categorias:

A fluorescência é uma fotoluminescência que cessa no mesmo instante que a acção das radiações excitadoras.



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Iluminação!.....Diferentes tipos de Luminescência

Fotoluminescência: é um processo no qual uma substância absorve fotões e, em seguida, re-irradia fotões.

Eletroluminescência: fenómeno óptico e eléctrico durante o qual um material emite luz em resposta a uma corrente eléctrica que o atravessa, ou a um forte campo eléctrico

Catodoluminescência: produzida por um bombardeio electrónico (utilizada no osciloscópio catódico.

Quimioluminescência: que acompanha certas reacções químicas.

Outros mecanismosRadioluminescência: excitação por radiação (alfa, beta).Sonoluminescência: excitação por som (colapso de uma bolha).Bioluminescência: excitação por actividades celulares.Triboluminescência: excitação por quebra das ligações de um material.

Na era da iluminação eléctrica, os mecanismos dominantes são a fotoluminescência e a electroluminiscência.



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FotoluminescênciaFotoluminescência: parte da luz que incide na matéria reflecte-se e outra parte absorve-se. A luz irradiada por fotoluminescência tem, em regra, um comprimento de onda maior do que a luz que causou a luminescência, produzindo um dos dois tipos de fenómenos ópticos: fluorescência ou fosforescência.

Fósforo

Lâmpada Fluorescente

Luz branca. Usa fósforos de terras-raras: E.g., Tb, Ce:LaPO4 , Eu:Y2 O3

A espécie emissora está excitada por fotões de alta energia.

Fluorescência

Fosforescência.



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Elementos de terras-raras


Fotoluminescência

As terras-raras são um grupo selecto de 17 elementos químicos de relativa abundância na crosta terrestre (com concentração variando entre 68ppm para o Cério e 0,5ppm para o Túlio e lutécio) considerados raros pela dificuldade da sua separação (já que ocorrem em vários minérios de composições distintas). Apenas o lantânio, que é muito instável, não é visto nestas terras – embora se classifique como tal.

TerrasRaras



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Eletroluminescência

Eletroluminescência: fenómeno óptico e eléctrico durante o qual um material emite luz em resposta a uma corrente eléctrica que o atravessa, ou a um forte campo eléctrico.

LED de junção PN

LED de alto brilho actual

LED de conversão a fósforo

Blue LED + yellow-green phosphor (Ce:Y3 Al5 O12 )

OLED



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Catodoluminescência:

Nesta técnica utiliza-se um cátodo de uma válvula Electrónica ou de um rectificador de vazio que, ao ser aquecido pela passagem de uma corrente eléctrica, é excitado emitindo Electrões. Os cátodos incandescentes são geralmente tubos de metal revestidos com óxido de bário e são conduzidos à incandescência através de um filamento resistivo localizado no seu interior.

A catodoluminescência:ocorre quando a energia excitadora provém dos Electrões (bombardeamento de electrões).

RGB phosphors:Y2 O2 S:Eu+Fe2 O3

ZnS:Cu,AlZnS:Ag+Co-on-Al2 O3



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Quimioluminescência:Quimioluminescência: é a emissão de luz, não

acompanhada da emissão de calor, em consequência de uma reacção química.

Bioluminescência:Bioluminescência: é o processo de emissão de luz

fria e visível por organismos vivos com função de comunicação biológica. A produção da luminescência ocorre por meio de uma reacção química altamente exotérmica em que a oxidação de uma molécula orgânica chamada de luciferina libera energia na forma de luz visível. Essa reacção é catalisada por enzimas com alto ΦQL chamadas de luciferases. Trata-se de uma forma de ocorrência natural de quimioluminescência, em que a energia resultante de uma reacção química é lançada sob a forma de emissão de luz.



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AS e AR = Áreas como uma emissão fracção do comprimento de onda de uma substância de amostra e um composto de referência correspondente.

aS e aR = Absorção óptica de uma substância de amostra e um composto de referência correspondente.

nS e nR = Índices de refracção de uma substância de amostra e um composto de referência correspondente.

PL eficiência quântica de uma nova substância (amostra)(ηPL(S)) pode ser determinada através da medição da sua região de emissão, absorção óptica, e índice de refracção, seguido de comparação dos dados com a de um composto de referência (ηPL(R)) com eficiência quântica conhecida PL(equação 2).

Eficiência OLED: Eficiência fotoluminescente quântica (ηPL)

Iluminação!.....

A eficiência quântica foto luminescente (ηPL) é uma propriedade de um material luminescente e é o # de fotões emitidos / # fotões absorvidos. Pode ser determinada pelo produto da eficiência de foto excitação(γPL) e a razão entre índices radiativos (kR) e não-radiativos (kNR) ou seja a emissão pelas excitações geradas (equação 1). Também pode ser definida como uma função do tempo de vida de luminescência (τPL) e a chamada vida radiativa natural (τR) (tempo de vida de luminescência, na ausência de decaimento não-radiativos).

R

PLPL

NRR

RPLPL KK

Κ ..

R

S

S

R

R

SRPLSPL n

nAA ...)()(



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ηELint = Internal quantum efficiency of electroluminescence.´ηELext = External quantum efficiency of electroluminescence.γEL = Electroexcitation efficiency.ηr = Efficiency (probability) of the formation of singlet excitons.ηPL = PL quantum efficiency of a material.α = Light output coupling factor = 1/(2n2), where n = refractive index.bI = carrier balance in the emission layer.

Eficiência OLED: Eficiência Electroluminescente quântica (ηEL)

Iluminação!.....

A Eficiência quântica eletroluminescente (ηEL) subdivide-se em Eficiência quântica interna (ηELint) e Eficiência quântica externa (ηELext). Enquanto que a primeira é normalmente propriedade do material, a segunda é uma propriedade do dispositivo electroluminescente posterior, normalmente um LED ou OLED.

PLrELELint

eUhvbext IELEL

PLrELELext



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A iluminação é um dos factores de maior relevância no que toca ao consumo de energia eléctrica…Cerca de 25% da electricidade, é consumida em iluminação doméstica/industrial/Pública…

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Iluminação!.....



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2009: http://www.energylab.es

% da Energia eléctrica dedicada á iluminaçãoSectores

Escritórios 50%

Hospitais 20-30%

Industria 15%

Escolas 10-15%

Comércio 15-70%

Hotéis 25-50%

Residencial 10-15%

Sector Residencial

Sector IndustrialIluminação

15%

Outros 85%

Iluminação 21%

Refrigeração 19%

Outros 25%

Sector Terciário

Iluminação 13%

Refrigeração 5% Outros

3%Electrodomésticos 5%

Cozinha 10%

Aquecimento 36%

Informática 1%

ACS 27%

ACS 11%

Aquecimento 36%

Iluminação!.....

Para um desenvolvimento sustentável e em paz com o meio ambiente, há que diminuir estas percentagens por meios mais eficientes e sem materiais tóxicos, e recicláveis…



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A lâmpada de vapor de sódio de baixa pressão que emite luz num comprimento de onda próximo, permitiria um máximo possível de rendimento de 520 lm/W. Se pretendermos que consiga um índice de restituição de cores óptimo (CRI), pode obter-se 230 lm/W, no caso da conversão total da energia eléctrica em radiação.

Se fosse possível converter completamente a energia eléctrica em radiação com um comprimento de onda ao qual a vista é sensível de modo óptimo, resultaria um rendimento luminoso de 680 lm/W.

Nos melhores casos consegue atingir-se aproximadamente 40% do valor teórico máximo, sendo os restantes 60% dispendidos essencialmente em calor.. Nos LEDs, em experiências de laboratório, conseguem-se actualmente cerca de 189 lm/w, embora comercialmente ande por volta dos 100 a 130 lm/w, pelo que ainda há muito campo de investigação pela frente….

Quanto aos OLEDs, numa fase de produção e abertura no mercado de TVs e Monitores, para 2013, estão também a sair da fase experimental, iniciando-se a comercialização a partir de 2013 para o ramo de iluminação, ainda com um rendimento, relativamente baixo, (100 lm/w) mas dadas as características dos OLEDs e as investigações em curso, são consideradas muito promissoras…

Iluminação!.....



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Iluminação!.....

4ª Geração3ª Geração2ª Geração1ª Geração

A evolução na iluminação

4ª- Geração: SSL: Solid state Light.



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≠

Iluminação!.....

As CFLs são uma opção transitória para o ambiente!... O futuro serão LEDs/OLEDs!...

Diodos emissores de luz (LEDs) são dispositivos electrónicos que produzem luz em sólidos

inorgânicos (LED) ou materiais orgânicos (OLEDs) por meio de Eletroluminescência sob a acção de corrente eléctrica ou campo eléctrico.



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Iluminação!.....

Iluminação de estado sólido é cada vez mais usada numa grande variedade de aplicações de iluminação, pois oferece muitos benefícios, tais como:

Longa Duração - Os LED/OLEDs podem fornecer 50.000 horas ou mais de vida, o que pode reduzir os custos de manutenção. Em comparação, uma lâmpada incandescente que dura aproximadamente 1.000 horas.

Economia de energia - os melhores LEDs brancos comerciais usados em sistemas de iluminação, fornecem três vezes mais eficácia luminosa (lúmenes por watt) do que a iluminação incandescente. LED/OLEDs coloridos são especialmente vantajosos para aplicações de iluminação de cor, porque os filtros não são necessários.

Melhor qualidade de luz – LED/OLEDs têm uma radiação ultravioleta e infravermelha mínima.

Intrinsecamente seguro – Os sistemas LED/OLED são de baixa tensão e geralmente frio ao toque .

Sólid State Lighting (SSL)



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Iluminação!.....

Candeeiros menores, flexíveis - O pequeno tamanho de LED/OLEDs torna útil para a iluminação de espaços apertados e para a criação de aplicativos exclusivos.

Durável – Os LED/OLEDs não têm nenhum filamento para quebrar e podem resistir a vibrações. No caso de OLEDs pode ser flexíveis, transparentes e multicolores numa só aplicação . Os Sistemas de iluminação LED já provaram ser muito eficazes em aplicações de indicadores em que a visibilidade, brilho e longa duração, são importantes, como em sinais de saída e sinais de trânsito.

Novos usos para LED/OLEDs no mercado de iluminação geral incluem iluminação de pequenas áreas, iluminação de estantes, iluminação decorativa, caminhos e marcação, de passagens, e parques de estacionamento, iluminação pública da área etc., Á medida que os LED/OLEDs brancos se tornarem mais eficazes, mais aplicações de iluminação geral, talvez com paredes inteiras e tectos e janelas, tornando-se parte do sistema de iluminação.

Sólid State Lighting (SSL) (Cont.)



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Organic Light Emitting Diodes

– Organic Light-Emitting Diode: ou diodo orgânico emissor de luz é uma tecnologia criada pela Kodak em 1980 e que promete monitores planos muito mais finos, leves e baratos que os actuais ecrãs de LCD. A ideia é usar diodos orgânicos, compostos por moléculas de carbono que emitem luz ao receberem uma carga eléctrica (electroluminiscência). A vantagem é que ao contrário dos diodos tradicionais, essas moléculas podem ser directamente aplicadas sobre a superfície duma tela, usando um método de impressão. Acrescentados os filamentos metálicos que conduzem os impulsos eléctricos a cada célula, está pronta uma tela a um custo extremamente baixo!...Neste trabalho vamos estudar a aplicabilidade dos OLEDs em displays e em iluminação, isto é,

como fontes luminosas!...

Displays.....



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OLED é um dispositivo electrónico conseguido pela colocação de uma série de películas orgânicas entre dois condutores. Quando a corrente eléctrica é aplicada, uma luz brilhante é emitida.

Um dispositivo de espessura de 100 a 500 manómetros, isto é cerca de 200 vezes mais fino que um cabelo humano.

Organic Light Emitting DiodesDisplays.....



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OLED é um dispositivo electrónico conseguido pela colocação de uma série de películas orgânicas entre dois condutores. Quando a corrente eléctrica é aplicada, uma luz brilhante é emitida.

Um dispositivo de espessura de 100 a 500 manómetros, isto é cerca de 200 vezes mais fino que um cabelo humano.


Possibilidade de substratos de grande área e flexíveis Grande variedade de Materiais. Baixo custo.

OLEDs não são apenas finos e eficientes - que também podem ser flexíveis (até enroláveis) e transparentes.

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Displays.....



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• Física similar aos LEDs, mas: Não cristalino. Não dopagem; usa cátodo / ânodo para fornecer as cargas necessárias.

Produção de luz por excitação de >Fluorescência / fosforescência .• Vantagens de fabrico

Materiais macios - muito maleáveis. Fácil sobreposição (crescimento). Camadas muito finas.

• Muitos materiais para escolher Facilmente manipuláveis para:

Para aumentar a eficiência.Para gerar as cores desejadasPara reduzir o custo.

• Materiais versáteis para a tecnologias do futuro.

Organic Light Emitting Diodes - OLEDsCaracterização dos OLEDs

Os OLEDs são feitos de materiais orgânicos (à base de carbono), que emitem luz quando percorridos por corrente eléctrica. Como os OLEDs não precisam de luz de fundo e filtros (ao contrário de telas LCD), eles são mais eficientes, mais simples de fazer, e muito mais finos. OLEDs têm uma grande qualidade de imagem - cores brilhantes, taxa de resposta rápida e amplo ângulo de visão.



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História dos OLEDsA ocorrência de electroluminiscência em materiais orgânicos é conhecida desde os

anos de1950s, mas tem sido um longo caminho para desenvolver aplicações práticas, devido a problemas de intensidade, de luminescência, eficiência e vida útil.

O seu desenvolvimento ficou parado por alguns tempos, até que o em 1982 o Dr. Tang, trabalhando na Eastman-Kodak, fez seus avanços tecnológicos. O Dr. Tang e sua equipa conseguiram produzir uma luz de alta intensidade, por vários minutos, pela aplicação de uma tensão num dispositivo formado por películas de materiais orgânicos, sobre um eléctrodo.

A década de 1990 viu o desenvolvimento de uma série de tecnologias básicas que avançaram os OLEDs. Polímeros emissores de luz (P-OLED), as tecnologias foram desenvolvidas na Universidade de Cambridge em 1990.

Em 1993, o professor Junji Kido da Universidade de Yamagata, desenvolveu o primeiro painel OLED branco do mundo.

Em 1996 , a TDK desenvolveu Matriz Activa AMOLED. Cambridge Display Technology (CDT), uma empresa de risco, estabeleceu, como resultado da investigação da Universidade de Cambridge, continuar a desenvolver P-OLEDs.

Em 1999, a Pioneer lançou produtos com incorporação de Matriz Passiva - PMOLEDs.

Caracterização dos OLEDs



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História dos OLEDs (Cont.)

Em 2003 a Kodak e Mitsubishi Electric apresentaram câmaras digitais com Displays OLED.

Na primeira década do século 21, as empresas japonesas lideraram esforços para comercializar OLEDs. Em 2001, a NEC desenvolveu um aparelho FOMA utilizando um display de OLEDs.

Em 2007, a Sony começou a produzir aparelhos de TV com Displays OLED.

A partir da segunda metade da década passada, os fabricantes sul-coreanos e outros têm vindo a fazer avanços na fabricação de produtos práticos e comerciais OLED. A Samsung começou a produção em larga escala de pequenos painéis OLED através da subsidiária Samsung Mobile Display, para telas OLED.

Em 2013, a Samsung prevê começar a comercialização em larga escala de aparelho de TV OLED.

Em 2013, várias empresas prevêem começar a comercialização em escala de dispositivos de iluminação OLED…




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História dos OLEDsCaracterização dos OLEDs



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Displays

IluminaçãoGrande área.Novo design.Fino, flexível.

Poupança de energia.

Desempenho de imagem.A poupança de energia.

A tecnologia LCD.

OLED: Endereçamento a dois Mercados

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Espessura das Camadas: 100 – 200 nm

Metal do Cátodo Camada(s)

Orgânica(s)

ITO

Vidro

Luz

AL-contacto (-) Cátodo

Camada transporte electrões

Camada bloqueio lacunas

Camada(s) Emissora(s)

Camada bloqueio electrões

Camada transporte lacunas

ITO-contacto (+) Ânodo

Vidro

Organic Light Emitting DiodesOLED!... De pequenas Moléculas




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Tipos de OLEDs SMOLED: Small Molecule Organic Light Emitting Diode (Kodak). OLED: Organic Light Emitting Diode/Device/Display AMOLED: Active Matrix OLED. PMOLED: Passive Matrix OLED. TOLED: Transparent OLED PhOLED :Phosphorescent OLED. FOLED: Flexible OLED. WOLED :White OLED. SOLED: Stacked OLED. P-OLED: Polymer Organic Light Emitting Diode (CDT). RCOLED: Resonant Coloe Organic Light Emitting Diode.

Metal Cátodo

ETL- Camada transporte electrões

Emissores OrgânicosHTL- Camada transporte buracos

Ânodo (ITO)

Substrato (Vidro)


Estrutura Básica

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Embora as pequenas moléculas emitam luz brilhante, os cientistas tiveram de depositá-las sobre os substratos no vácuo (processo de fabricação chamado de deposição a vácuo.




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2 a 10V

Saída de Luz

ITO - Ânodo

Vidro - Subtracto

HTL

Emissores Orgânicos

(EML)

ETLCátodo - Metal

OLEDs: Estrutura Básica

ETL - Electrons Transport Layer. HIL - Electrons Transport Layer.

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O OLED consiste de três camadas orgânicas ensanduichadas entre os eléctrodos. As camadas orgânicas adjacentes ao cátodo e ao ânodo, que são a camada de transporte de electrões (ETL) e da camada de transporte do “buracos ou lacunas” (HTL), respectivamente. Camada emissiva (EML) geralmente consiste em emissores de luz ou dopantes corantes dispersos num material hospedeiro adequado (muitas vezes o mesmo material da HTL ou da ETL).

EML - Emissive Layer.




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A corrente eléctrica circula do cátodo para o ânodo através da camada orgânica, dando electrões para a camada emissora e removendo da camada condutora.

Cátodo Cátodo Cátodo

Ânodo

Electrão

Removendo electrões da camada condutora, deixa buracos que precisam de ser preenchidos com electrões na camada emissora.

Os buracos saltam para a camada emissora e recombinam-se com os electrões. Assim que os electrões caiem nos buracos, libertam energia extra sob a forma de luz (fotão).

OLEDs: Produção de Luz

Luz - Fotão




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HOMO (Banda de valência)

“Buracos”(+)

Electrões (-)

Camada Emissiva

ΔE=h/ (λc)

LUMO (Banda de condução)

OLEDs: Produção de Luz

Os OLEDs funcionam com materiais orgânicos (pequenas moléculas), que emitem luz quando percorridos por corrente eléctrica.

Electrões injectados pelo cátodo.Buracos ou lacunas injectados de ânodo.Transporte e recombinação activa de pares Electrão/Lacuna.




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ETL

HTL

Ânodo (ITO)

Substrato

EML

EIL

Cátodo

HIL

Camadas Orgânicas

Substrato transparente ITO HIL HTL EML ETL EIL Cátodo

eee

bb

b

LUMO

HOMO

Luz

OLEDs: Estrutura Funcional

Cátodos

Substrato de vidro

Ânodo transparente

150 nm

LUZ Camadas Orgânicas

OLED: Diagrama de energia




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Substratos: Camadas depositadas a vácuo Encapsulamento:

Passivação

Metalização

ITO

Substrato - Vidro

Camadas Orgânicas

Metal - Cátodo

Ligação - Contacto

Cola

Dessecante

Vidro Exterior

OLEDs: Com encapsulamento.Caracterização dos OLEDs



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OLEDs: Produção de LuzCaracterização dos OLEDs



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Cátodo

ETL

EMLHTL

Ânodo

Substrato

OLEDs: Estrutura de funcionamento

ETL: Electron transport layer.

EML: Emissive layer. HTL: Hole transport layer. HIL: Hole injection layer.




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Cát

odo

(~20

0FÅ

)

Cam

adas

Org

ânic

as(~

2000

Å)

ITO

(500

-300

0Å)

Vidr

o (.4

– 1

t)

hv

hv

PMOLED AMOLED OLED lighting

OVPD ( Metal & Organics)

hvITO

ITO

Cátodo

Ânodo

Contacto ITO/Cátodo

Cathode metal stripe (thin film)

SideWall – PR Cathode separator

Isolador (PR/PI)

PixelA

Multicamadas Orgânicas

Pixel

Separação

Corte Secção A

Cátodo

Pixel

Área TFT

Supply lineSignal line

Poly –Si TFT OLED Array

Organics

Cátodo

Emissor Orgânico

Emissor Orgânico

Emissor Orgânico

Ânodo

Gate - LinhasData - Colunas

Condensador(storage)

Thin FilmTransistor

Cátodo

Organics

LUZ

OLEDs: Gupos de OLEDsCaracterização dos OLEDs



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Vidro/CircuitosVidro/Circuitos

Vidro/Circuitos

Cátodo Eléctrodo de Metal

Camadas Orgânicas

Vidro/Circuitos

Cátodo Transparente

Camadas OrgânicasÂnodo -Eléctrodo de MetalÂnodo -Transparente

Top Emission OLED

Alto nível de brilho

Alto nível de brilhoAlto nível de cor (gama)

Estrutura multi-reflectora

A emissão passa através dos eléctrodos espaçadores, ligações TFTs, com ângulo de abertura limitado.

Bottom Emission OLED

OLEDs: Estruturas Bottom/TopCaracterização dos OLEDs



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Materiais de transporte buracos (lacunas)

Metal-ftalocianinas.Arilaminas, aminas de erupção.

Processados e depositados por evaporação térmica no vácuo.

Materiais de transporte electrões

Provavelmente o material mais importante nos OLEDs é Alq3. - Não só é um material emissivo, como é também transportador de electrões.

O Material de transporte de electrões mais recente é o ADN.

Aluminum oxinate

Alq3: Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium, Al(C9H6NO)3

OLEDs: Materiais -Pequenas Moléculas electroluminiscentes




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OLEDs: Materiais -Pequenas Moléculas electroluminiscentes Pequenas Moléculas Emissivas

Quilato de Metal, distyrylbenzene.Corantes fluorescentes.

Aluminum oxinate

Alq3: Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium, Al(C9H6NO)3

Distyrylarylenedistyrylarylenes: 4,4’-bis(2,2’-diphenylvinyl)-1,1’-biphenyl (DPVBi)

RubreneRubrene (5,6,11,12-tetraphenylnaphthacene)

Green: Alq3Blue: DistyrylarylenesRed: Rubrene

http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/summary/summary.cgi?sid=24868131

CorantesUsados para afinação de cor e estabilização.Rubrene: é usado para dopar Alq3 para

emissão amarelo.DCM IIDCJTBC545: é usado para estabilização da cor

verde.Perlene: é usado para estabilização da cor

azul.

São usados para dopar Alq3 para emissão vermelho.

C545Perlene




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OLEDs: Materiais - Eléctrodos

Ânodo: Indium-tin-oxide (ITO): 4.5-5.1 eVAu: 5.1 eVPt: 5.7 eV

Cátodo:Ca: 2.9 eVMg: 3.7 eVAl: 4.3 eVAg: 4.3 eVMg : Al alloysCa : Al Alloys

EIL, ETL: n-type materialsAlq3, PBD

HIL, HTL: p-type materialsNPB, TPD

EML: Fluorescent dyeDCM2Phosphorescent dyePtOEP, Ir(ppy)3




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OLEDs: Dopagens

Perlene

C545

Anfitrião + dopante




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A cor da emissão depende do semicondutor orgânico

Material Molecular Emissor de Luz




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Azul Verde VermelhoFluorescentes

Fosforescentes

Polímeros

Material Molecular Emissor de Luz

Moléculas de fraca interacção, significam que a fotofísica da película é controlada pela estrutura molecular como bloco de construção fundamental.

A Estrutura Molecular determina a Cor




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Luz

Tem um TFT de comutação em cada pixel.Pixel seleccionado permanece ligado até ao próximo ciclo de actualização

(pixéis são comutados e brilhar continuamente).Cátodo comum.Número ilimitado de linhas de endereço.

OLEDs: Matriz Activa - AMOLEDCaracterização dos OLEDs



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OLEDs: Matriz Activa - AMOLEDCaracterização dos OLEDs



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Ânodo

MatrizTFTs

Cátodo

Camadas Orgânicas

OLEDs: Matriz Activa - AMOLED

Camadas completas de cátodo, ânodo, e moléculas orgânicas.Matriz de TFTs sobre o ânodo.circuito interno para determinar quais pixéis devem ligar / desligar.Consome menos energia que os PMOLEDs.




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Saída Corrente

Saída Corrente

Saída Corrente

Saída Corrente

Saída Corrente

Saída Corrente

Courtesy of Philips ElectronicsVarredura multiplexada linha a linha.A taxa de duração de abordagem é de 1/mux.Luminância do Pixel pulsado = mux pela luminância média.

• Se 64 linhas, então a luminância do pixel será de 6400 Cd/m2 (nits) para uma média de 100 Cd/m2.Número limitado de linhas de endereço

HomerAntoniadisl OLED ProductDevelopmentl - OSRAM

OLEDs: Matriz Passiva - PMOLEDCaracterização dos OLEDs



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Cátodo

Ânodo

Camadas Orgânicas

OLEDs: Matriz Passiva - PMOLED

A camada orgânica está entre tiras de cátodo e ânodo. - Funcionamento perpendicular.A luz é emitida na intersecção (pixéis).Fácil de fabricar, mas maior consumo de energia.Circuito externo activa pixéis ON/OFF.Usado em telas de 1-3 polegadas e displays alfanuméricos.Actualmente ultrapassado e pouco usado.




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PMOLED vs AMOLEDCada pixel está “ON” durante um

ciclo completo de varrimento (não por impulsos como nos PMOLED).

-Melhor estabilidade de operaçãoPodem resultar pequenos defeitos

nos pixéis apagados. circuitos da AM impedem o cross-talk.

-Menores impulsos de corrente e menores capacitâncias permitem telas muito maiores.

Não-uniformidades nos backplanes LTPS resultam em não-uniformidades nas telas.

-Elevado custo de produção associado com o substrato AM.Low temperature polycrystalline silicon (LTPS)

Requer padronização cátodo.- Impulsos de corrente elevada.

Número de linhas limitado a <240.- Pixel em curto resulta em cross-talk ou linha defeituosa.

Problemas significativos de capacitância.-Estrutura / fabricação simples.Custo de fabrico/mercado muito mais

baixos comparados com AMOLEDs.

OLEDs : Matriz Passiva vs Matriz Activa




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Cátodo Camada Emissora

ÂnodoSubstrato

opaco

Camada Condutora

OLEDs: Top-Emiting OLED - TOLEDContrariamente á estrutura convencional de um OLED , os top-emitting OLEDs podem ser

fabricados tanto com substratos transparentes como com substratos opacos. Uma importante aplicação de dispositivos com esta estrutura é a integração monolítica com TFTs de silício policristalino ou amorfo, usados nos displays de matrizes activas. A estrutura do “top emitting OLED” aumenta essa flexibilidade de integração. Podem ser usados em displays em “Smart Cards” e Aplicações de fibras ópticas.

Substrato não transparente ou reflector.Cátodo transparente.Usado com dispositivo de matriz activa.Smart-Cards displays.




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OLEDs: Transparent OLED - TOLED

Cátodo

Ânodo Substrato transparente

Camada Emissor

aCamada Condutora

Cátodo e ânodo de substrato transparente. Emissão de luz Bidireccional.Matriz passiva ou activa.Para displays de pára-brisas.Para telas de projecção transparente.Para óculos.

A tecnologia permite TOLED três características fundamentais que têm o potencial de criar uma série de oportunidades de novos produtos.

Transparência.Emissão de topo.Empilhamento (Stacking).




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OLEDs: Transparent OLED - TOLEDO OLEDs Transparentes (até 85%) só têm componentes transparentes (substrato, cátodo e

ânodo) e, quando desligados, são transparentes até 85%. Quando um display de OLEDs transparente é ligado, difunde luz em ambas as direcções. Podem ter matrizes activas ou passivas. Esta tecnologia pode ter aplicações em displays de capacetes, óculos, para-brisas auto…

A tecnologia TOLED ® baseia-se num contacto proprietário de topo, ou cátodo, que é opticamente transparente. Num OLED típico, o contacto com o fundo, ou do ânodo, é constituído por uma película transparente de óxido de metal e o contacto de topo é constituído por um metal reflector. Como resultado, quando a luz é gerada pelo OLED, é emitida através da superfície de fundo transparente. Os TOLEDs usam um cátodo superior, opticamente transparente, ou seja, os contactos superior e inferior permitem a transmissão de luz.




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Eléctrodos transparentes

Emissão nos dois Lados

OLEDs: Transparent OLED - TOLED

TOLED




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Aplicações TOLED




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OLEDs: Stacking OLED - SOLED

Os SOLEDs usam uma arquitectura de pixel desenvolvida na UDC que empilha subpixéis (com os elementos vermelho, azul e verde) em cada pixel, na vertical, em vez de organizá-los lado a lado, como normalmente é feito.

LUZ

Encapsulador

Cátodo

3RGB (Stack)

Grade

Ânodo

TFTs

Substrato

TFTs (Passivation)

SOLEDs também oferecem vantagens potenciais, como demonstrado através de pesquisa recente, para painéis brancos de iluminação, de alta eficiência OLED. Com os SOLEDs, a emissão de branco pode ser facilmente ajustada de iluminação branca quente/fria (warm/cool) com um comando de ajuste. SOLEDs também detêm o mais alto valor de emissão luz e a melhor eficiência energética (100 l/w).

SOLED, (stacked organic light-emitting device) é uma tecnologia recente de displays, da Universal Display Corporation (UDC), que utiliza uma pilha de emissores orgânicos de luz transparentes (dispositivos TOLEDs), para melhorar a resolução e melhorar a qualidade das cores.




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Ds

OLEDs: Flexible OLED - FOLEDNa tecnologia de displays, FOLED (dispositivo emissor de luz orgânico flexível) é um

dispositivo emissor de luz orgânico (OLED), construído num material de base flexível, tal como uma película de plástico transparente ou folha de metal reflector, em vez da base de vidro usual. O display FOLED pode ser enrolado, dobrado ou usado como parte de um computador enrolável. Os dispositivos são mais leves, mais duráveis e menos caros de produzir do que as tradicionais alternativas à base de vidro, e a sua produção em massa está prevista para 2013 (Samsung).

PlásticoTântalo (O5)

Ouro

AlumínioCamadas Orgânicas

OLED

Transparent protective film

Protective film

A tecnologia FOLED pode ser usada para realizar fontes de luz e telas flexíveis. Os principais desafios são a realização de eléctrodos flexíveis e transparentes, bem como a encapsulação em relação ao ar e ao vapor de água. Actualmente, investigam-se processos de encapsulamento de OLEDs em folhas de polímeros flexíveis, empregando a deposição de polímeros através de fase gasosa.




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OLEDs: Flexible OLED - FOLEDFolha metálica flexível ou de substrato de

plástico leve e durável.Mais fino e leve.Robustez.Formável.Mais durável e resistente, ao impacto.Displays inquebráveis.Vestuário OLED.

A tecnologia FOLED oferece novas características e desempenhos, que podem permitir uma variedade de oportunidades de novos produtos em displays, iluminação e outros…

Roll Printing

Digital Printing

Screen Printing




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Oportunidade para substratos de plástico

Flex.Display -OLED -LCD

Digital Paper -E-paper -Postage

Lighting -General lighting -Back lighting

Solar Cell (PV) -Thin Film PV

Barrier Plastic Film




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OLEDs: Flexible OLED - FOLED

dupont kodak

Substrato de plástico flexível: Ecrã flexível enrolável

Vantagens Mais robusto.Menor peso.Mais compacto.Flexível.Conformável.Compatível com processo roll-to-roll

Desvantagens Processamento a baixas temperaturas. Baixa estabilidade térmica. Rugosidade superficial. Susceptíveis aos produtos químicos.

Displays em plásticoPolímero (plástico) Comparado ao substrato de vidro




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LUZ

Substrato

Ânodo

HIL

HTL

EML(Host and Pholed emitter)

Camada de bloqueio (BL)

ETL

Cátodo

OLEDs: Phosphorescent OLED - PHOLEDO OLED fosforescente - PHOLED é o OLED

que tem até quatro vezes maior eficiência do que um OLED fluorescente convencional.

A tecnologia PHOLED foi originalmente desenvolvida como uma tecnologia de display para uso em telefones móveis, e para aplicações gerais de iluminação.

Fontes iluminação, baseadas em PHOLED tais como paredes brilhantes, são esperadas para oferecer alternativas económicas e energeticamente eficientes para iluminação habitacional, industrial e arquitectural.

Consumindo menos energia do que os LCDs combinado com as cores intensas da tecnologia OLED, PHOLEDs estão permitindo aos OLEDs para se tornar a tecnologia de displays dominante no século 21.




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Top OLED

Middle TOLED

Bottom TOLED

Color Tunable OLED

Color Tunable OLED

Color Tunable OLED

3 Full Color SOLED Pixels

1μm

50μm - 1cm VT

VM

VB

O brilho é controlado pela manipulação da corrente através da pilha. De acordo com a UDC, a sua tecnologia de SOLED permite uma melhoria de três vezes na resolução e melhor qualidade de cor sobre monitores CRT e LCD. A empresa espera que SOLEDs possam no futuro permitir dispositivos de alta resolução na Web …

OLEDs: Stacking OLED - SOLED

A cor do pixel pode ser ajustada através da variação das correntes através dos três elementos de cor e a escala de cinza pode ser ajustada por modulação de largura de impulso (PWM).

Dentro de um visor de SOLEDs, cada sub-elemento de pixel pode ser controlado de forma independente.

Mas ao empilhar OLED aparecem efeitos indesejáveis que alteram a cor (cavidades ressonantes), mas que podem ser diminuídas se se controlar devidamente a espessura do pixel…




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Ds

Nos anos recentes, a tecnologia OLED tem evoluído tanto, que chegámos ao ponto de antever que os OLEDs serão a próxima fonte de iluminação do estado sólido além das futuras aplicações em displays flexíveis a cores. OLEDs são uma nova e atractiva classe de fontes de iluminação no estado sólido, que irão abrir novas aplicações na vasta área que é a iluminação. Os OLEDs podem ser fontes de iluminação flexíveis, com cor controlável pelo utilizador e grande economia de energia.

OLEDs: Phosphorescent OLED - PHOLED

“Em 2008 previa-se uma durabilidade de 10.000 horas e uma eficiência de 50 lúmenes por Watt.. já vai em 100 l/w….”




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Substrato

Ânodo

Cátodo

LUZ

1-3 Camadas Orgânicas

OLEDs: White OLED - WOLED

UniversalWOLED™ white OLED

O OLED branco tem o potencial de atingir mais de 150 lm / W em iluminação. Nos últimos anos, têm-se feito grande progressos em direcção a esse objectivo. Em Junho de 2008 alcançou-se um marco importante de investigação de 102 lm / W em laboratório.

O trabalho recente tem-se concentrado em converter esses resultados de pequenos "pixéis" para a dimensão comercial. Para este fim, foi demonstrado recentemente um painel de 15 cm x 15 cm com eficácia de potência de> 60 lm / W.




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Polímeros Emissores RGB

Desvantagens:Emissores têm que ser optimizados

separadamente (cátodo comum?).Envelhecimento diferente dos

emissores.Padronização dos emissores

necessárias.Problemas de abertura.

Vantagens: Eficiência energética. Boa cor. Custo de produção inferior. Tecnologia ITO madura.

Filtros de Cor - Emissor branco

Vantagens: Tecnologia de Bem conhecida

(LCD).Sem necessidade de padronização

do emissor.Sem problemas de abertura.Envelhecimento homogéneo do

emissor (?).

Desvantagens: Ineficiência energética devida filtros.Degradação do ITO nos filtros.Necessário emissor de branco

eficiente.

Color Changing Media(CCMs)

Vantagens:Envelhecimento homogéneo do

emissor (?). mais eficiente do que os filtros.Não necessita de modelação do

emissor.

Desvantagens:Degradação do ITO nos CCMs.Necessário emissor azul estável.Envelhecimento de CCMs.CCMs com litografia Standard.

OLEDs: White OLED – WOLED - Tecnologias de Full ColorCaracterização dos OLEDs



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OLEDs: - Tecnologias de Full ColorCaracterização dos OLEDs



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Converter por fósforo o verde e vermelho através de um emissor de azul.

Combinação de OLEDs monocromáticos.

Através da combinação de materiais que emitem cores diferentes - duas cores complementares.

OLEDs: White OLED – WOLED - OutrasTecnologias de CorCaracterização dos OLEDs



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OLEDs: White OLED – WOLED - OutrasTecnologias de CorCaracterização dos OLEDs



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HTL

Cátodo

ETL

Ânodos

Substrato

Vantagens Alta eficiência. Boa cor.

Desvantagens•Normalmente usa máscara sombra para padronização RGB (rendimento, custos, escalabilidade).

•Questões de Abertura (máscara de sombra).•Envelhecimento diferencial de RGB

Vantagens Camadas emissoras sem padrão. (no masks) Abertura não é afectada pelo padrão RGB.

Deriva de Branco de alta eficiência. Menos passos no processamento OLED.

Reduzido envelhecimento diferencial. (o branco é muito estável)

Desvantagens• A perda de eficiência

devido a absorção dos filtros.

• Gama controlada pelo espectro do branco

Camada Orgânica(Emissores)

Camada emissora

de Branco

RGB

W-RGB

Camadas Emissoras RGB (patterned)

Camada Emissora de Branco com Filtros RGB

White OLED – WOLED - Tecnologias de Padrão de Cores (bottom emitting)




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Camada Emissora de

Branco

W-RGBW

Camada Emissora de Branco com Filtros RGBW

Vantagens Camadas emissoras sem padrão. (no masks).

Alta eficiência do sub-pixel Branco, resulta numa significativa redução de consumo(uma grande parte do conteúdo de imagem contém branco).

Desvantagens• A perda de eficiência

devido a absorção dos filtros.





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74

Blue

Shown for NTSC colorsand D65 white.

74

Red

Green

White

R G B R G B WRGB - RGBW : Cores primárias





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RGB vs W-RGBWhite OLED – WOLED - Tecnologias de Padrão de Cores (bottom emitting)

A tecnologia TVs OLED actual, pode ser dividida em dois campos: RGB OLED e "White" OLED.

RGB OLED é semelhante à forma de trabalho das TVs de plasma, com subpixéis OLED separados, vermelho, verde e azul.

WOLED é bem diferente, e um pouco confuso no início. Os materiais OLED para vermelho, verde e azul, são prensados juntos. Quando alimentados, estes criam uma luz branca. Esta luz branca passa depois através de um filtro de cor, para criar os subpixéis vermelho, verde e azul.




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Pilha WOLEDs (Stack) SimplesFluorescente

WOLEDFosforescente

WOLEDHíbrido WOLED

Estrutura EML

Pros MateriaisEstabilidade Eficiência

MateriaisEficiênciaEstabilidade

Const. Eficiência Material AzulEstabilidade

DesviosConcentração

Source: Hoseo University

White OLED – WOLED - Materiais para iluminação

Transferência de energia

Fluorescência

Fosforescência




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White OLED – WOLED - Aplicações

Full Color OLEDIluminação de Interiores LCDs Backlight




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White OLED – WOLED

Enquanto os LEDs inorgânicos, actualmente em desenvolvimento para aplicações de iluminação, também oferecem características atraentes, eles são geralmente considerados boas “fontes pontuais" de luzes enquanto os OLEDs são excelentes emissores difusos.

Os WOLEDs oferecem um conjunto de novos recursos de desempenho, que simplesmente não são possíveis com lâmpadas incandescentes ou fluorescentes.

Brilho, qualidade de cor uniformeLarga emissão espectral, Índice de reprodução de cor (CRI) de 80 ou mais facilmente alcançável, as temperaturas de cor podem variar do branco quente (warm) de lâmpadas incandescentes para o branco frio (cool) de lâmpadas fluorescentes e LEDs.Controlo de Cor e de Brilho

Arquitecturas inovadoras dos WOLEDs pode permitir ajuste personalizado de luz branca, permitindo a aparência de uma sala para ser mudada de “warm” para “cool” como desejado. Os níveis de brilho também podem ser ajustáveis, e ao contrário de iluminação fluorescente, torna-se ainda mais eficiente quando usado controlo “Dimming”.

Iluminação!.....



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White OLED – WOLED

Eficiência de alta potência Derivado da tecnologia da Universal Display de PHOLED de alta eficiência. Potencial para atingir> 150 lúmenes por Watt? Economias significativas de energia . Ajudar a reduzir o consumo de energia não-renováveis . Ajuda a diminuir as emissões de gases de efeito estufa

Factor de forma inovadoraExcelentes fontes de iluminação difusa; factor de forma muito mais fino e mais seguro do que os encontrados em volumosos e frágeis lâmpadas incandescentes e lâmpadas fluorescentes; Permite o desenvolvimento de uma série de novos produtos; Ultra-fino, leve e adaptável em plástico e outros substratos flexíveis; Pode também ser usado como janelas, fornecendo luz do sol durante o dia, e à noite iluminação, integrado com a tecnologia OLED transparente TOLED.Tecnologia amiga do ambiente

Economia de energia ajudando a reduzir a nossa dependência do petróleo estrangeiro e outros combustíveis não renováveis.

Reduz o impacto sobre o meio ambiente.Não contém substâncias perigosas e problemas de impacto ambiental.

Iluminação!.....



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Emite uma luz branca brilhante. Substitui as lâmpadas fluorescentes. Reduz o custo de energia para iluminação. Cor ajustável. Verdadeiras qualidades da cor. Luz de superfície.

Iluminação!.....White OLED – WOLED



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Novaled PIN OLED: Principio de Funcionamento

Iluminação!.....White OLED – PIN OLED

Os Buracos (ou lacunas) são injectados pelo o ânodo e transportados pela camada de transporte de buracos (dopado-p) p-HTL, para a camada emissiva EML.

Os electrões são injectados pelo cátodo, e transportados pela camada de transporte electrões (dopada-n), n-ETL.

A recombinação dos portadores de carga tem lugar na EML e a luz é emitida. Os materiais dopantes para a p-HTL e o n-ETL são proprietários da Novaled.



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Novaled PIN OLED

Vantagens: Tensão de operação extremamente baixa.Alta eficiência em RGB e branco.Indicado para displays AM e PM.Estrutura de emissão de Top invertida.OLEDs transparentes, livres de metais alcalinos.Fácil integração em todos os substratos.

Iluminação!.....White OLED – PIN OLED



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Polímero OLED – P-OLEDDiodo emissor de luz de Polímero (orgânico). Esta tecnologia avançada, é baseado na

utilização de polímeros orgânicos que emitem luz, quando estimulados electricamente. P-OLEDs, por vezes, refere-se ao dispositivo de polímero do emissor de luz ou a display de polímero emissor de luz. P-OLEDs são usados principalmente em displays electrónicos e já estão a ser usados em futuros sistemas de iluminação.

Os P-OLEDs são uma forma de OLED Desenvolvida após SMOLEDs, e têm a grande vantagem de ser processáveis em solução, e podem, portanto, ser produzidos utilizando técnicas de impressão, tais como impressão de jacto de tinta ou impressão de rolo.

Substrato

SubstratoÂnodoHTL

CátodoEML

HTL: Hole transport layer.EML: Emissive layer.

Desde 1990, os pesquisadores têm usado polímeros de moléculas grandes para emitir luz. Polímeros podem ser menos onerosos e em folhas grandes, sendo mais adequados para monitores de tela grande. Polímeros têm moléculas maiores e, portanto, não podem ser depositados

termicamente. Em vez disso, são impressos a frio, através

de películas finas, sobre o substrato. Embora possua esta vantagem de fabricação,

em atmosfera ambiente, tem problemas de solvência no depósito de películas de camadas múltiplas.




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Pequenas MoléculasSMOLED

PolímerosP-OLED

Cátodo - LiF/Al

ETL-Alq3

EML - Alq3 dopado

HTL - NPB

HIL - CuPcÂnodo - ITO

Substrato - Vidro

Estrutura de múltiplas camadas feitas por

deposição Térmica em vácuo

Cátodo - Ba, Ca/Al

EML - PPV, PF

HTL - PDOT, Pani

Ânodo - ITO

Substrato - Vidro

Estrutura de duas camadas feitas a partir de uma solução

OLEDs vs P-OLEDS: Estruturas de Pequenas Molécula e de Polímeros




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P-OLEDs: Estrutura

Epoxy

Substrato de Vidro

Ânodo

Camada de Polímero condutor

Cátodo

Camada de Polímero emissor

Vidro de cobertura

PIXEL

Cátodo (Ba, Ca/AI 2000 Å)

Camada de Polímero emissor— 800 Å

Camada de Polímero condutor— 1200 Å

Ânodo (ITO 1600 Å)

O cabelo humano é 200X mais espesso que as camadas OLED.

As cargas electrónicas (electrões e “buracos”) são injectadas e transportadas no polímero a partir dos eléctrodos: electrões do cátodo, e os "buracos" do ânodo.

Uma película amorfa do material P-OLED está ensanduichado entre dois eléctrodos que formam o ânodo e o cátodo num substrato transparente.

Os Electrões e buracos “atraem-se” um ao outro através da interacção electrostática. A recombinação radiativa de electrão com o “buraco” (lacuna), gera a produção de um fotão, cujo comprimento de onda, determina a cor da luz emitida e depende do nível de energia do “buraco” e do polímero utilizado.




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CátodoPolímero Emissor

Ânodo

Polímero condutor

Os P-OLEDs funcionam com materiais orgânicos (polímeros), que emitem luz quando percorridos por corrente eléctrica.

Electrões injectados pelo cátodo.Buracos ou lacunas injectados de ânodo.Transporte e recombinação activa de pares Electrão/Lacuna

(buraco) no polímero emissor (emissivo).

b

ee

bb

P-OLED: Diagrama de energia

P-OLEDs: Produção de Luz




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P-OLEDs: Polímeros electroluminiscentes

Polímeros CondutoresPolianilina (PANI:PSS)Poly etilenodioxitiofeno (PDOT:PSS)

Polímeros EmissivosPolyphenylene vinileno (R-PPV).Polifluoreno (PFOs).Politiofenos (PTs)Processamento:Spin coating, Inkjet Printing, Roll-to-roll, web coating.

R-PPVPF

PANIPDOT PSS

PT

P3AT




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OLEDs : Fabricação - Pequenas moléculas

Início da fabricação: Deposição Térmica em vácuoPioneer 1997.TDK (Alpine, 2001).Samsung-NEC Mobile Display (SNMD) (2002).RiTdisplay (2003).Sanyo-Kodak (2003).

Cores disponíveis: R,G,B.Vida útil limitada para o azul (B).

Máscara de sombra permite padronização fácil para áreas de cor Apresenta desafios com escalabilidade e alto volume de

fabricação.

Desafios de Mascaramento sombra para cores (Full color)Elevada capacidade de produção e escalabilidade são um desafio

a vencer.




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P –OLEDs : Vantagens do Processamento de uma solução

Menor custo de fabricaçãoMenos etapas de deposição a vácuo - custo de capital mais baixo.

Permite o uso de materiais mais vantajosos e escalabilidade (Inkjet printing).

Processamento de técnicas de soluçãoCompatível com as técnicas de impressão.

- Menor custo para cor (full color).

Escalável para substratos muito grandes (fabricação em larga escala).

Uma melhor integridade mecânica.

Compatível com processos de fabricação R2R para flexíveis.




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ITO

OLEDs : Fabricação -Padronização de Pequenas Moléculas (Full color)

O padrão R,G,B, é definido por mascaras de sobra em vácuo.

Pequenas Moléculas são evaporadas termicamente em vácuo.

R MaskG MaskB Mask

Vantagens:– Alta uniformidade da película.– Há disponibilidade de equipamento de

vácuo. Desvantagens:

– Podem acumular-se camadas orgânicas nas paredes da câmara.

– Caro.

Evaporação térmica a vácuo (OVPD)




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Organic Vapour Phase Deposition (OVPD)

MFC: Mass Flow

Vantagens :– Alta uniformidade da película.– Consumo de material orgânico reduzido.– Não necessita de condições de alto vácuo.– Desvantagens:– Equipamento caro.





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Front -end Deposition Deposition

Deposition Sealing Back -end

ITOTFT Backplane

HIL/HTLRGB

EML CathodeEIL/ETL

Sealing cover glass


Fases da Evaporação térmica a vácuo

Source: Citi lnvestment Research and Analysis




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Gravação: Alinhamento de máscaras grandes sobre o substrato são um problema difícil; Problema crescimento na deposição com máscaras maiores e para resoluções mais altas.

Desperdício de material:Relativamente pouco do material evaporado fica depositado no display.

© 2008 E. I. du Pont de Nemours and Company.

Organic Vapour Phase Deposition (OVPD)OLEDs : Fabricação -Padronização de Pequenas Moléculas (Full color)Caracterização dos OLEDs

Problemas de contacto da máscara: A máscara de metal deve contactar directamente as camadas finas de película orgânica, criando danos potenciais ás partículas.

Máscaras devem ser periodicamentelimpas, inspeccionadas e substituídas devido á formação de material orgânico.

DistorçãoFalta de limpeza Estragos

Gravação

Partícula deteriorada



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Depósito e padrão do Ânodo (ITO)

Padrão das camadas de polímero (Primeiro a condutora, e depois a emissiva)

Métodos:Spin coating Ink Jet printingScreen printingWeb coating

Depósito e padrão em vácuo do cátodo : (Ba, Ca / AI)

P-OLEDs : Passos de fabricação

O processamento de OLEDs através de polímeros solúveis, usa uma combinação de processos de revestimento e de impressão que podem-se adaptar a um tamanho grande de vidro - um dos principais factores de redução de custo de fabricação na indústria de displays. Camadas não padronizados OLED podem ser depositadas utilizando tecnologia de revestimento existente ou depositar camadas de componentes solúveis utilizando uma impressora de alta velocidade especial, desenvolvida especificamente para a impressão de OLEDs.




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P-OLEDs : Passos de fabricação


Processo Solúvel Benefícios do processo solúvel: Custo inferior de material e de equipamentos. Escalável para maiores tamanhos.

Fabricação de baixo custo: O uso de materiais comuns em camadas baratas.

Aumento do rendimento e produtividade através da limitação do número de camadas padronizadas.

Não necessita de máscaras.

Equilíbrio entre o desempenho e custo: Camadas comuns optimizadas para

desempenho geral do painel, e não das cores individuais.

Encapsulamento

Deposição do Cátodo

Impressão de Solução

Revestimento Contínuo

Backplane

© 2010 DuPont

Electroluminiscência - Imagem dePixéis num Display

OLED

Vidro

Selo EpoxiAbsorvente

Material enchimento

OLEDStack EML

TFT BackplaneHILCamada Primária

Cátodo

Área Activa(Solúvel)

Área Inactiva(Non-Wetting)

Anfitrião / Emissorsolúvel

TFT Backplane

Camada (HIL)

Camada primáriaTFT Backplane

Área Activa



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Vantagem:– Solução para a deposição grande área.

Desvantagem:– A película depositada não é uniforme.

Inkjet PrintingP-OLEDs : Fabricação -Padronização (Full color)

BancoHidrofóbico




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Linhas impressas separadas por linhas (non-wetting)

Inkjet PrintingP-OLEDs : Fabricação -Padronização (Full color)


Wetting lanes Non-wetting lanes



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P-OLEDs : Fabricação

P-OLEDs SMOLEDs

7 camadas depositadas: PDOT, intercamadas e RGB por InkJet Printig

Inkjet Printing




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Substrate

Polymer film

Spin coatingSpin Coating


No diodo emissor de luz de polímero orgânico de (P-OLED), a camada emissiva pode ser depositada pelo método de revestimento rotacional (Spin Coating). Ele pode ser revestido girar para (3,4 poli -dioxitiofeno-etileno), (polisulfonato-estireno) (PEDOT:PSS).

O material emissor de luz é a solução da base num solvente transportador volátil. O transportador evapora rapidamente durante o processo de Spin-Coating, deixando uma película uniforme em todo o substrato PEDOT/ PSS. Esta solução é a camada emissiva da porção activa para utilização em dispositivos electrónicos de multi-camadas orgânicas, em que a porção activa situa-se entre o ânodo e cátodo.

O revestimento Spin-Coating, é um meio de deposição de uma película fina, uniforme em toda a sua superfície sobre um substrato plano. O substrato é centrifugado a alta velocidade, num plano horizontal. O fluido é depositado, enquanto que o substrato está girando, e é transmitido através do substrato pela força centrífuga.




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Spin CoatingP-OLEDs : Fabricação

Vantagens1. Método simples.2. Película fina até 100 nm.3. Funciona com Kits de OLEDs de Polymertronics.

Velocidade de rotação. Tempo de giro (volta).

A espessura da película sobre o substrato depende de cinco parâmetros chave:

Humedecimento da superfície do substrato.

Extracção de fumos. Temperatura

Uma desvantagem da técnica de revestimento rotacional é a incapacidade de Padronizar. Spin-coating cria um grande plano e único polímero emissor. Pixéis podem ser criados pela padronização do cátodo, no entanto todos os pixéis serão da mesma cor.

Um método simples de modificar o espectro de emissão é o de dissolver-se o polímero em diferentes concentrações e / ou em diferentes solventes. Uma vez que a concentração do polímero na solução é maior do que a concentração de sobreposição, as cadeias de polímero começam a interagir e agregam-se.




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Screen PrintingP-OLEDs : Fabricação

“Serigrafia”:Elementos de impressão : TelaStencil.Rodo.Tinta (polímero);Mesa de impressão;Substrato.

O material de película base é esticado através de um quadro.A camada de transporte do buracos (HTL), é preparada utilizando uma solução de diamina,

policarbonato, e rubreno.Rodo é usado para limpar a solução através de malhas abertas. Película resultante cobre toda a superfície de ITO.A camada de transporte de electrões (ETL) e o cátodo são depositados por PVD.

Rodo

Tela

Substrato

Mesa


As Impressoras típicas para esta aplicação utilizar uma cabeça de impressão rotativa, ou banco de cabeças de impressão de tal forma que a altura do bico da cabeça de impressão pode ser alinhado com o passo dos pixéis do painel. A tinta é normalmente impressa usando uma pressão positiva de azoto, num saco dentro dum frasco rígido, que liga a tinta à impressora. Uma válvula de agulha perfura a tampa e se insere na bolsa interna. A pressão positiva de azoto é aplicado à garrafa forçando o conteúdo da bolsa interior de tinta a ser impulsionado para cima através da agulha para dentro da impressora. A maior das impressoras actuais podem imprimir a 1 metro por segundo.



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A Serigrafia (Screen printing) utiliza um ecrã com mascara para determinar o local onde a tinta vai ser depositada. Com a disponibilidade de delimitadores de impressão (flat beds) e máquinas rotativas, tem uma grande aplicação, porque pode imprimir em muitos tipos de superfícies e substratos e é compatível com uma ampla gama de viscosidades de tintas.

Estes são necessários para: Para a produção de interconexões entre OLEDs e fontes de energia;Para barramentos impressos para levar energia aos pixéis do OLED;Para fornecer condutores das linhas de controle para características únicas;Para proporcionar camadas isolantes onde for apropriado.

É apropriado para a impressão de camadas relativamente espessas, produzir condutores eléctricos e camadas dieléctricas.

Barras colectoras e os condutores de interligação podem ser formados a partir de tintas de prata ou de carbono. Tintas de prata têm maior condutividade enquanto o carbono é de um custo mais baixo. Barramentos e linhas de interconexão devem ser posicionados de modo a oferecerem os menores efeitos de sombreamento possível.



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Simples Baixo custo. Grande redução no uso de materiais, pois os materiais são apenas direccionados

para as áreas de impressão. Mais rápido do que a impressão a jacto de tinta. Mais versátil. Usado em displays de informação de baixa conteúdo, tais como logotipos e sinais.

Mas mais recentemente, com novos métodos, noutras aplicações mais sofisticadas….




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P-OLEDs : FabricaçãoLITI- Laser Induced Thermal Imaging

Monitores de tela plana que são baseados em OLEDs, têm cores muito brilhantes e coloridas, e são, ao mesmo tempo excepcionalmente finos. Eles actualmente são produzidos em massa utilizando uma técnica de precisão de padronização a máscara, mas esta tecnologia não pode escalada para tamanhos maiores por causa da distorção inevitável de máscaras maiores. O uso de OLEDs brancos e filtros de cores tem sido investigado, mas estes métodos têm problemas com o consumo de energia e com a impureza da cor.

Recentemente, demonstrou-se por esta técnica térmica, pode evitar estes problemas, usando “isoladores” para o dador, evitando o problema da instabilidade química e mecânica, e separando o dador e o substrato com espaçadores de definição de pixéis.

Outra alternativa é a indução por radiação de transferência térmica do material orgânico a partir de um dador para um substrato, mas até recentemente, esta abordagem tinha sido atormentada com problemas tais como o contacto entre o dador e o substrato, ou a instabilidade mecânica e química do dador.




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Diagrama esquemático do processo de indução de imagem térmica a laser . O processo de evaporação foi feita sob vácuo. Todos os outros processos se processam em recipiente fechado com nitrogénio.


Evaporation under vacuum

Evaporation under vacuum

Projection Mask

Laser Beam

Imaging OpticLITI Process under Nitrogen

Lamination

De-LaminationPatterned EMLhttp://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1566119912003862




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P-OLEDs : FabricaçãoLITI- Etapas

O processo Liti inclue a deposição do material a ser padronizado (material de transferência) sobre uma película de dador especialmente concebido;

Um sistema de alinhamento óptico a laser, preciso, de para transferência de imagem de grande formato para o substrato (receptor); Laminação do dador sobre o substrato;

Padronização do material de transferência para o substrato por exposição selectiva do dador de material de transferência, para o receptor, à radiação laser:

Conversão radiação laser para calor é feita através de uma camada de conversão luz-calor (LTHC), que tipicamente utiliza carbono negro como corpo negro de absorção.

Para gerar uma padronização RGB OLED, o alinhamento óptico é realizado apenas uma vez, mas a laminação e a exposição tem de ser realizadas por, pelo menos, duas cores.




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Uma técnica de alta resolução, a de padronização digital a laser, com um grande número de potenciais aplicações, incluindo a padronização de provas de cor digitais, placas e películas; cor filtros LCD, matriz negra, e espaçadores; ânodos de display de emissão de campo (FED), filtros de realce de contraste e nanoemissores; fabricação de transistores de efeito de campo orgânico (OFET) , e emissores OLED, filtros de cor e filtros de conversão de cores.

Laser

Conductive Polymer

Light sensitivematerial

Plastic

Seung Hwan Ko and Costas P. Grigoropoulos




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LITI- Laser Induced Thermal Imaging


Transferência de calor e evaporação das NPs.

Laser (selectivamente absorvido por NPS)

NPsReceptor

NPs

Ag NPsOLED

materialPadrão transferido

DadorVidro

Nd:YAG laser(532nm, 5 ns)

NPs- Nanopartículas

A selecção adequada do tamanho das nanopartículas, tamanho da distribuição, assim como o tipo de material, pode permitir que a energia do laser seja altamente eficiente através de acoplamento sintonizado para um pico de absorção. NPs de metais nobres, tais como Ag e Au, apresentam picos de absorção fortes na região de comprimento de onda visível, que normalmente não são observados nos materiais a granel, devido modos de oscilação de superfície plasmónica da condução de electrões nas nanopartículas.



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P-OLEDs : FabricaçãoLITI- Pros e Cos

O processo também é sensível a partículas e contaminação do substrato (receptor em termos Liti) e as superfícies dos dadores. Isto coloca exigências restritas do dador, do substrato, e sobre o grau de limpeza da atmosfera de transferência.

A grande vantagens Liti sobre outros métodos de padronização inclue a sua aplicabilidade a um largo espectro de materiais OLED, com precisão de padronização tão elevada como (± 2-5 μm em comparação com ± 15-20 μm para as técnicas de Mascaras de sombra ou de jactos de tinta e técnicas);

A capacidade de padronizar estruturas de camadas múltiplas numa única etapa;

TACT TIME means the cycle time that a product moves from last station to the next station.

Escalabilidade , do processo para tamanhos grandes de vidro , e capacidade de cumprir os requisitos de tempo TACT;

É possível que a Liti apresente defeitos térmicas nos materiais OLED durante padronização, mas com o ajuste fino das condições do processo, da estrutura do dador e a composição do OLED, a ocorrência, de tais defeitos podem ser minimizados;




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Source: Hye-Dung Kim, SDI, 2010

LITILaser Induced Thermal

Imaging.

OLEDs : Processos Padronização mais utilizados

Ink-jet PrintingEvaporação térmica a vácuo(OPVD)

White filter MethodR2R Flex OLEDs -Printing solution (light applications)




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Items Evaporation (Shadow Mask *)

Ink-jet Printing LITI White+CF

Materials Small Molecule (SM) Polymer (LEP) LEP, SM, Hybrid Small Molecule (SM)

PositionAccuracy ± 15μm ± 10μm ± 2.5μm ± 2.5μm

Resolution ~200ppi ~200ppi ~400ppi ~400ppi

Material usage efficiency 10~20% 80~90% 20~30% 60~80%

Glass Sise 730mmx920mm 730mmx920mm 730mmx920mm 730mmx920mm

Price Very expensive Cheapest Medium Medium

Status In Production In development In development In development

Issues Large SiseTact time

Materials LifeTime Yield



Source: Hye-Dung Kim, SDI, 2010LITI-Laser Induced Thermal Imaging.

OLEDs : Processos de Padronização

(*) OPVD - Fine Metal Mask




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Vantagens dos OLEDs

Tempo de resposta muito mais rápido.Consumo insignificante de energia. Display "True Black" picture. Maiores ângulos de visão.Display mais fino.Melhor relação brilho/contraste.Amigo do ambiente.Potencial de produção em massa a preços muito competitivos.OLEDs refresh rate quase1.000 vezes mais rápido que LCDs.

OLED Displays Vs. LCD e Plasma

Iluminação OLED Vs. Incandescente e Fluorescente

Maneira mais barata de criar fontes de luz flexíveis.Menor consumo.Melhor qualidade de luz (ie. não “Luz fria").Novos conceitos e designs para iluminação de interiores.

OLEDs vs LCD/PDPDisplays



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OLED Displays Vs. LCD e PlasmaCusto de fabrico elevado.Luminosidade degradante com o tempo.Contraste reduz com tempo de utilização.Facilmente desagradável com humidade.Disponibilidade limitada de mercado.

Não é tão fácil como mudar uma lâmpada…

Iluminação OLED Vs. Incandescente e Fluorescente

OLEDs vs LCD/PDP

Desvantagens dos OLEDs

Displays



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OLEDs vs LCD

LCD

OLED

Filtro de Cor

Cristal líquido

TFTs

Vidro

Vidro

TFTsOLEDs

O OLED, electronicamente, é semelhante ao antigo LED - colocando uma baixa tensão entre os terminais, eles acedem. Mas as semelhanças ficam-se por aí: em vez de serem feitos de metais semicondutores, os OLEDs são feitos de polímeros, plásticos ou outros compostos contendo carbono. Estes podem ser feitos muito mais baratos e transformados em dispositivos sem complicação todo e cara que vai com a fabricação de semicondutores.

Displays



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OLEDs vs LCD

Displays

Mais fino, mais leve e mais flexível;Substratos de plástico em vez de vidro;Alta resolução (tamanho do pixel <5μm) e rápida comutação (1-10μm);Não necessitam de luz de fundo (backlight), gera a própria luz. Fonte emissiva de baixa tensão, e de baixa potência;Design Robusto (substrato plástico); Tamanhos maiores de ecrãs;Mais brilhante, boa visibilidade á luz do dia;Maiores ângulos de visão 170 °.



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• Actualmente, a iluminação OLED ainda é limitada a programas de demonstração e iluminação. decorativa / arquitectónica

• Futuro – 2 a 3 anos– Substituição das luminárias

fluorescentes.– Integração em tectos acústicos.– Competir coma a iluminação a

LEDs.

Source: Osram Opto

Source: Lumiotec

Source: Acuity Brands

Source: General Electric

Source: Lumiotec Source: Philips

Iluminação!.....

OLEDs – Mercado de Iluminação



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Como LEDs, os OLEDs são também sistemas ecológicos de iluminação que são mais eficientes do que os sistemas de iluminação existentes, na medida em que não emitem poluentes, como o mercúrio e tem alta eficiência. Os OLEDs também são considerados para virem a ser altamente comerciáveis como fontes de luz de superfície, que permitem que uma ampla gama de aplicações (iluminação transparente e flexível) com vários designs.

Assim, os materiais para aplicações de iluminação, têm especificações diferentes daquelas para as aplicações de visualização. (Ver tabela seguinte)

Iluminação!..... OLEDs – Mercado de Iluminação

Ao contrário dos displays de OLEDs, a iluminação OLED é usada para produzir luz, por isso tem uma estrutura em que as fontes de luz, de algumas a dezenas de mms de tamanho, são organizadas. A cor mais amplamente usada é o branco. Ao contrário dos displays de OLEDs (AMOLED), ele não necessita de TFTs. Além disso, a iluminação OLED tem suas próprias propriedades diferenciadas, como o Índice de Reprodução de Cor (IRC), a luz de emissão de área e a eficiência global de energia. Em particular, o índice de rendimento de cor que se refere à capacidade de uma fonte de luz para reproduzir cores é considerado como um dos factores mais importantes para a iluminação OLED, juntamente com a eficiência e tempo de vida.



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OLED Light OLED display Estrutura RGB para display.Deposição RGB dos materiais luminescentes.

Estrutura de

Emissão

Estrutura do

Dispositivo

Não necessita de backplane de TFTs. TFTs Backplane (AMOLED)

Pixel Composto de várias a dezenas de fontes de luz. Dimensão: 1 mm — dezenas de cms.

Dezenas a centenas de sub-pixeis RGB.Dimensão: várias centenas de μms.

MaterialRequer materiais RGB de alta pureza de cor, para melhorar a resolução.Requer materiais especiais para melhor CRI.

Processa-mento

Menos de dez etapas; Não necessita de micro padronização; Não necessita de micro arranjo das fontes de luz; Processo de produção em linha de alta velocidade.

Dezenas a centenas de etapas; Requer micro padronização; Requer alinhamento de pixéis; Ajustamento muito fino do processo.

Iluminação!.....



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Iluminação de baixa emissão de gases de efeito de estufa.

Alta eficiência

Todo fosforescente

De baixo custo para competir com iluminação convencional

Alta produtividade

Processo solúvel

Objectivos para o Desenvolvimento OLED

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Objectivos para o Desenvolvimento OLED

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SMOLEDs: OLEDs de pequenas moléculas A maioria dos dispositivos actuais, de alta performance, geralmente depositados por deposição por fase de vapor (OVPD).

P-OLEDs ou OLEDs de polímeros: OLEDs de grandes moléculas – têm processamento solúvel (ou seja, fabricação por impressão a jacto de tinta e por revestimento spin).

Materiais fluorescentes: menos eficiente, mas maior duração.

Materiais fosforescentes: mais eficiente / azul tem menor duração.



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Sistema fosforescente de pequenas moléculas

EML (Anfitrião + Emissor)

Cátodo

Ânodo

Solução:Processadas quatro camadas

Sistema fosforescente usando uma solução proprietária com processamento de emissor azul.

Sistema de material único para evitar “lavagem” da camada inferior. Formula optimização de solução para cada camada. Processo compatível com substrato plástico.

OLEDs : Processo solúvel - Design para 4 camadas

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Roll-to-Roll Process (R2R)P-OLEDs : Fabricação

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Tecnologia OLED processo Roll-to-Roll A tecnologia única de estrutura OLED, por processos solúveis. Grandes progressos recentes nos dispositivos OLED com processamento solúvel.Linha de produção contínua de OLEDs R2R .

Um processo R2R simplificado para a produção de uma fonte de luz OLED está representado na Figura . Neste diagrama esquemático, o substrato transparente é impresso com a camada de ânodo e, em seguida, as camadas sucessivas de tintas orgânicas são impressas em linha, para produzir a estrutura de OLED. As camadas emissivas para a produção de luz branca, vermelha, verde e Azul, podem ser impressas, mas se é necessária uma luz de cor única, então apenas é necessária a impressão da tinta correspondente. A luz branca pode também ser produzida por meio da impressão de uma camada emissiva de luz azul e adicionando uma camada de fósforo, que converte a luz azul em luz branca, de modo semelhante aos LEDs brancos cristalinos do SSL.



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A demonstração bem sucedida de todos o painéis OLEDs processados por R2R na Minolta, abriu um caminho para alcançar OLEDs comercialmente viáveis para aplicações de iluminação geral.


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CátodoCamadas Orgânicas

Ânodo

Adesivo

Substrato flexível

Roll-to-Roll Process (R2R)



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Quality inspection

Encapsulation, Packaging

Vacuum deposition for electrode layers

Wet coating & drying of

organic layers

Patterning, Cleaning

P-OLEDs : FabricaçãoIluminação!.....




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GE - O desenvolvimento de um processo R2R, para a fabricação de OLEDs . Eles fabricam uma linha de OLEDs por laminação de meias metades, impressas em substratos flexíveis.

GE Demonstrates World's First ''Roll-to-Roll'' Manufactured Organic Light Emitting Diodes (OLEDs)

GE acredita que os custos de fabricação precisam de baixar, para a iluminação OLED para se tornar popular, e a produção contínua R2R, vai ajudar a dar um impulso económico para abaixar o preço de iluminação OLED fluorescente.


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Painel OLED Fosforescente processado por tecnologia R2R: Área : 94.5cm2 (63mm X 150mm). Espessura : 500μm . Peso : 14g / painel


A demonstração bem sucedida de todos os painéis OLED fosforescentes, processados por R2R, abriu um caminho para alcançar aplicações OLED comercialmente viáveis, para a iluminação geral.

OLEDs fosforescentes são um grande avanço na iluminação OLED.

Tem-se comercializado produtos de iluminação OLED por evaporação, com eficácia a nível das mais altas do mundo, usando emissores fosforescentes.



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Eficiência OLED

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As características seguintes são usadas para determinar a eficiência OLED:

A eficiência “Quantum” com determinado brilho (cd/m2), que inclui:a)Eficiência quântica interna;b)Eficiência quântica externa ou a eficiência de conversão de energia;c)Eficiência quântica externa (saída).

Luminância (ou brilho) (cd/m2) com uma certa voltagem (V);

Luminância máxima (cd/m2) num ponto em que o brilho não pode aumentar mais com o aumento adicional da tensão.

Eficiência Luminosa (ou actual) (Cd/A) com determinado brilho (cd/m2).

Eficiência energética, (ou fotométrica) (lm / W) com determinado brilho (cd/m2).

Coordenadas cromáticas x, y (Commission Internationale de l'Eclairage (CIE).



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Melhoria da eficiência OLEDPara aplicações de iluminação, a valor [€ / lúmenes], determina competitividade de uma

luminária.É muito importante para melhorar a eficácia luminosa para aplicações de iluminação.

Capacidade de extracção de luz Equilíbrio de

transportadoresElectrão

BuracoProporção de excitação emissiva

fluorescência: 25% Fosforescência: 100%

Proporção de emissão por número de excitações

Luz

Calor

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Fosforescência tem vantagem significativa sobre fluorescência.

A eficiência quântica externa OLED, é dada pela seguinte fórmula;

PE 2012 Exhibition & Conference: Kazuhiro Oikawa, Minolta



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OLEDs : Extracção de LuzIluminação!.....

Modos guiados nas camadas Orgânicas + ITO

Modos de substrato

Cátodo

Camadas orgânicas + ITO ~ 300 nm

Área de contenção de excitação (~ poucos nm)

Modos não guiados = Luz extraída

Fracção da luz que sai do OLED:

1.7)20% (n4n12 2

Problema difícil! Texturização da superfície. Solução compatível com grandes superfícies. Preservar a qualidade óptica (luminância espectro uniforme, ...) Manter o custo baixo ...

Num OLED convencional apenas 20% da luz gerada sai do dispositivo, devido à incompatibilidade de índice de refracção! Perdas nas camadas Orgânicas : 50%;

Perdas no vidro: 30%;



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OLEDs : Extracção de LuzIluminação!.....

Estruturas de acoplamento de saída de LuzA luz tem de ser desviada em direcção perpendicular à superfície, de modo a que possa sair

Tipos de Estruturas

Dispersão aleatória Superfícies ásperas; Camadas de partículas.

Kodak Estruturas padronizadas Matrizes de microlentes; Grades de difracção; Folhas prismáticas; Os cristais fotónicos.

U. Michigan

Filtros passa-banda Micro-cavidades; Camadas de baixo índice.

UKAIST

Posição da Estrutura

Superfície exterior do substrato.

Superfície interior do substrato.

Entre os eléctrodos.

Deflectores laterais

Nottingham Trent

Bardsley Consulting: DOE SSL Manufacturing Workshop April 2009



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Alimentação: Modulo Converter

Mecânica

Sistema de contactos optimizado e robustointegrado num formato fino

Óptica

EmbalagemContactos Eléctricos

Elemento OLED

Acoplamento óptico exterior

Iluminação!..... OLEDs – Luminária

www.tridonic.com

As superfícies dos dispositivos OLED têm um índice de refracção mais elevado do que o ar, o que juntamente com uma superfície plana emissora leva que a pouca luz tenha acoplamento de saída. Estão sendo estudadas técnicas para aumentar acoplamento de luz de saída, modificando a superfície OLED com lentes micro, superfície rugosidades e ópticas quânticas

OLEDMais alta qualidade de iluminação óptica e eficácia em combinação com um acabamento de alta qualidade.



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Grande Área

Fino… Eficiente

Colorido

Flexível

Iluminação!..... OLEDs – Propriedades

Transparente



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Fonte luminosa de grande área, fina, flexível…Fonte luminosa altamente eficiente…

Fonte luminosa amiga do ambiente…

2008

Aplicações!...

Iluminação!..... OLEDs – Propriedades



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Flexível / enrolável.Wallpaper; novos métodos e designs de iluminação.Iluminação maleável e transparente como uma janela.

Iluminação!..... OLEDs – Usos futuros



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A Iluminação OLED irá introduzir uma mudança de paradigma na forma de pensar sobre a iluminação e a forma como usá-la. Pela primeira vez, a luz será gerada naturalmente como áreas de emissão suave e uniforme, em vez de pontos ou tubos de luz.

As Luzes OLED vão iluminar o seu mundo sem máscaras, reflectores ou difusores. Equipamentos volumosos para esconder as fontes de luz, vão-se tornar coisa do passado. A nova iluminação OLED vai enfatizar a arquitectura em vez de deturpa-la.

As Luzes OLED consomem muito menos energia do que as lâmpadas convencionais.

Os dispositivos de iluminação OLED emitem luz a partir da superfície. O painel de iluminação pode ser flexível e, potencialmente, até mesmo transparentes como uma janela ou um espelho reflexivo.

O dispositivo de Iluminação OLED é fino, leve e durável. A tecnologia fornece arranque instantâneo, larga gama de temperaturas de operação, e sem ruído.

Através do processamento R2R, tiras / telas de polímero têm um potencial para produção de baixo custo de dispositivos de iluminação - Primeiros resultados promissores.

A Iluminação OLED não contém mercúrio, eliminando os problemas de reciclagem e poluição associados com a iluminação fluorescente.

Iluminação!.....OLEDs – Benefícios da Tecnologia de iluminação OLED



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Iluminação!.....Futuro OLEDs?– OLED de Grafeno

Substrato

Cátodo de Grafeno

Kº

Junção p-n

Ânodo

Área Dop -p

Área Dop -n

A próxima geração de dispositivos optoelectrónicos requer eléctrodos condutores transparentes, leves, flexíveis, baratos, amigos do ambiente, e compatíveis com os métodos de fabrico em grande escala. O grafeno, una única camada, de grafite, está-se tornando um candidato muito promissor devido às suas únicas propriedades eléctricas e ópticas nos últimos anos. Muito recentemente, Junbo Wu, pesquisador da Universidade de Stanford, demonstrou com sucesso, pela primeira vez, a aplicação de grafeno em OLEDs.



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Grafeno tem o potencial para ser um eléctrodo transparente com maior desempenho, o que significa, mais transparência, sendo ao mesmo tempo, condutor. Também pode ser várias vezes mais barato do que condutor transparente convencional, como ITO. Tem realmente o potencial de ser ao mesmo tempo, melhor e mais barato, com a vantagem adicional de o eléctrodo ser muito fino, apenas um par de manómetros de espessura, o que dá grande potencial de liberdade de design na criação de dispositivos.

Iluminação!.....Futuro OLEDs? – OLED de Grafeno

Camadas emissoras de Luz

Cátodo

GrafenoSubstrato

LUZ



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Intensidade de emissão de fotões

Comp. Onda

Máx. largura metade do

pico.

Uma camada de pontos quânticos de cádmio-selênio é ensanduichada entre as camadas orgânicas de transporte de electrões (ETL) e de transporte de buracos (HTL). Um campo eléctrico aplicado faz com que os electrões e os buracos se desloquem para a camada de pontos quânticos, onde eles são capturados no ponto quântico e recombinados, emitindo fotões. O espectro de emissão de fotões é estreito, caracterizada por a sua largura máxima, a metade do valor máximo.

QD LED ou QLED é considerada como uma tecnologia da próxima geração de displays, depois dos displays OLED. QLED significa quantum dot diodos emissores de luz e são uma forma de tecnologia de emissão de luz e consiste de cristais em nanoescala, que podem fornecer uma alternativa para aplicações tais como a tecnologia de displays.

A estrutura de um QLED é muito semelhante à tecnologia de OLED. Mas a diferença é que os centros emissores de luz são seleneto de cádmio (CdSe) nanocristais, ou quantum dots (pontos quânticos).

Iluminação!.....Futuro OLEDs?– OLEDs quânticos

Contacto de prataCátodo Mg/AgETLHBLQDLHTLITO

Vidro_substrato

ETL- Electrons transport layer.HBL- Holes blocking layer.QDL-Quantum dots layer.HTL-Holes transport layer.ITO- IndioThin oxide.



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http://www.qled-info.com/qd-vision-showcase-full-colour-4-inch-qled-display-at-sid-2011/

Os diodos emissores de luz de pontos quânticos (QLEDs), representam uma tecnologia de electroluminiscência avançada, actualmente em fase de desenvolvimento, que vai liderar a próxima geração de displays electrónicos e aplicações de iluminação de estado sólido (SSL).

QLEDs não são apenas a tecnologia futura de monitores e displays, QLEDs são também uma tecnologia de iluminação do futuro.


A estrutura básica QLED é muito semelhante ao de um OLED.QLEDs podem ser vistos como OLEDs processados por solução com QDs como emissores.O desempenho do QLED vermelho aproxima-se do melhor OLEDs vermelho.

A vantagem dos QLEDs (Quantum dots) é que são nanopartículas de materiais inorgânicos.

Os QLEDs prometem cores melhores, baixo consumo de energia e custos de fabricação menores do que os OLEDs.

A QD-Vision espera que essa tecnologia entre na produção em massa dentro de 3-5 anos.



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http://www.nanocotechnologies.com/content/CommercialApplications/QDDisplays.aspx


Melhor pureza de cor: a cor produzida pelo QDs é uma melhoria considerável em relação ás tecnologias OLED, proporcionando uma experiência de visualização melhorada para o utilizador final .

Pontos quânticos (QDs) são nano cristais compreendendo vários elementos. As propriedades e desempenho destes cristais únicos são determinadas pelo tamanho e composição do QD. Foram desenvolvidas Tecnologias para desenvolver estas propriedades de uma forma única, permitindo ajustes ao desempenho e propriedades dos QDs, de forma rápida e rentável

Pontos quânticos (QDs) são uma nova forma alternativa de tecnologia de emissão de luz e incorporá-los em displays OLED traz muitos benefícios adicionais incluindo:

Maior flexibilidade: QDs são solúveis em solventes tanto aquosos como não aquosos, imprimíveis em substratos e flexíveis de todos os tamanhos, incluindo TVs de grande área (QD TV ™) • Maior duração: os QDs são inorgânicos, como tal, eles oferecem o potencial para melhorar o tempo de vida, quando comparados com as tecnologias alternativas de OLEDs.

Esta é uma vantagem significativa sobre tecnologias concorrentes OLED.



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Quantum dots(QDs) are a new alternative form of light emitting technology and incorporating them into OLED displays brings many added benefits to those described above, including:

• Better colour purity : the colour produced by QDs is a considerable improvement over competing OLED technologies, which provides for an improved viewing experience for the end user.

• Added flexibility : QDs are soluble in both aqueous and non-aqueous solvents, which provides for printable and flexible displays of all sizes, including large area TVs (QD TV™)

• Improved lifetime : QDs are inorganic; as such they offer the potential for improved lifetimes when compared to alternative OLED technologies.

Quantum dots (QDs) are nano-scale crystals comprising various elements. The properties and performance of these unique crystals is determined by the size and composition of the QD. Nanoco Technologies has developed the ability to ‘engineer’ these properties in a unique manner, allowing

adjustments to the performance and properties of the QD in a rapid and cost effective manner.

This is a significant advantage over competing OLED technologies.

http://www.nanocotechnologies.com/content/CommercialApplications/QDDisplays.aspx


Melhor pureza de cor: a cor produzida pelo QDs é uma melhoria considerável em relação ás tecnologias OLED, proporcionando uma experiência de visualização melhorada para o utilizador final .

Pontos quânticos (QDs) são em escala nano cristais compreendendo vários elementos. As propriedades e

desempenho destes cristais únicos é determinado pelo tamanho e composição do QD. Nanoco Technologies

desenvolveu a capacidade de "engenheiro" estas propriedades de uma forma única, permitindo ajustes

ao desempenho e propriedades do QD, de forma rápida e rentável. ? Esta é uma vantagem significativa

sobre tecnologias concorrentes OLED.

Pontos quânticos (QDs) são uma nova forma alternativa de tecnologia de emissão de luz e incorporá-los em displays OLED traz muitos benefícios adicionais incluindo:

Maior flexibilidade: QDs são solúveis em solventes tanto aquosos como não aquosos, imprimíveis em substratos e flexíveis de todos os tamanhos, incluindo TVs de grande área (QD TV ™) • Maior duração: os QDs são inorgânicos, como tal, eles oferecem o potencial para melhorar o tempo de vida, quando comparados com as tecnologias alternativas de OLEDs.



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Iluminação!.....Porquê adaptar se podemos criar coisas novas?!...



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Porquê adaptar se podemos criar coisas novas?!... Iluminação!.....



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Iluminação!.....Porquê adaptar se podemos criar coisas novas?!...



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Pequenos displays: OLEDs são um sucesso.Para grandes monitores/displays : ainda alguns desafios de fabrico por resolver;Iluminação OLEDs: Ainda em nichos de mercado, as questões:

Eficiência Vida útil Fabrico (preços).

Iluminação!.....OLEDs: Onde

estamos!...

Actualmente, a eficácia OLED é menor do que a dos LEDs, mas está a aumentar rapidamente. É muito cedo para saber se os produtos OLED vão seguir a Lei de Haitz (evolução).

porque são orgânicos, os OLEDs degradam-se ao longo do tempo, e fazem isso em taxas diferentes, dependendo de sua composição. Eles ainda custam caro a produzir, e são facilmente danificados por exposição à água. Grande parte da pesquisa aplicada, a ser feito nesta área, está focada em ampliar o tempo de vida dos OLEDs, e melhorar os processos de fabricação para torná-los mais competitivos com a tecnologia LED standard.



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estamos!... Materiais orgânicos emissores de luz OLEDs, são extremamente sensíveis ao vapor de água e ao oxigénio. Estes requisitos limitam os substratos orgânicos disponíveis que podem ser utilizados para a produção de OLEDs, devido aos seus valores pobres de hermeticidade. Para resolver este problema, a indústria está desenvolvendo camadas de barreira para proporcionar maior protecção ambiental. Além das superfícies da vedação herméticas de polímero, também os limites de polímero devem ser herméticos. Dessecantes podem ser adicionadas à estrutura de OLED, para absorver o vapor de água e o oxigénio que podem penetrar nas superfícies, ou limpar os gases restantes após a montagem.

A extracção de luz a partir do dispositivo OLED é uma preocupação primordial para aumentar a eficiência e eficácia do painel e da luminária OLED. Em OLEDs convencionais, estima-se que apenas 20% da luz geradas no OLEDs tem saída útil, devido a desajustamentos de índices de refracção. Películas para redireccionar a luz entre o substrato e o eléctrodo podem ser utilizadas para melhorar a emissão de luz. Cristais fotónicos podem fornecer melhor acoplamento para a luz sair do OLED.

As tecnologias de impressão para a tecnologia OLED abrange uma série de tecnologias de impressão que se movem para além do espaço típico . A capacidade de imprimir muitos dos materiais que compõem um dispositivo SSL OLED, faz de tal fabricação, uma proposta de valor.



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estamos!... As técnicas de impressão OLED podem ser diferenciadas pelo método utilizado para

alimentar o substrato no processo de impressão. O processos R2R imprime longas películas contínuas de material, enquanto a impressão alimentada por folhas, usa folhas individuais em tamanhos discretos. Em relação aos processos alimentados por folhas, o processo R2R minimizar o tempo carga / descarga, entre estações de impressão. No entanto, os processos alimentados por folhas podem imitar a impressão R2R com técnicas inline.

Os produtos SSL baseados na tecnologia LED estão começando a entrar no mercado comercial, enquanto a tecnologia OLED está atrasada alguns anos, para a entrada no grande mercado. A capacidade de imprimir dispositivos OLED em substratos flexíveis dará um poderoso impulso para realizar luminárias de baixo custo. Inúmeros processos de impressão são passíveis de produção OLED, e neste estágio inicial, cadeias de valor e cadeias de fornecimento estão em rápido desenvolvimento.

Conclusão

Como fontes de luz distribuída, os OLEDs vão abrir um novo paradigma de iluminação para os designers de iluminação, engenheiros de iluminação e arquitectos. Com a instalação generalizada, devem reduzir a energia requerida para iluminar a nossa sociedade, proporcionando novas fontes de iluminação para complementar ou substituir os dispositivos tradicionais de iluminação.



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OLED vs LED – Projecção de eficácia da luminárias2012 2015 2020

LED Edge- lit LED OLED LED Edge-

lit LED OLEDOLED

high light extraction

LED Edge- lit LED OLED

OLEDhigh light

extraction

Package/ Panel lm/W

141 141 100% 202 202 125 152 266 266 168 204

Driver Efficiency 86% 86% 86% 88% 89% 89% 89% 92% 92% 92% 92%

Thermal Efficiency 86% 86% 100% 89% 88% 100% 100% 90% 90% 100% 100%

Optical Efficiency 86% 79% 100% 89% 83% 100% 100% 92% 87% 100% 100%

Luminaire lm/W 90 82 52-69 141 131 111 135 202 192 155 188

Lu et al., DOE SSL R&D Workshop, Jan 2012

Based on DOE and ABL projections.Current density of 35 A/cm2 assumed for LEDs. Higher current density results in lower efficacy

before 2020. LED package listed for 25°C.Today, edge-lit panels typically don’t use the highest efficacy LEDs.

OLEDs vs LCDIluminação!.....



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Units AMOLED CCFL LED Edge LED Full DifferenceLuminance cd/m2 NoneBrightness cd/m2 PowerContrast Ratio (CR) 1000:1 5000:1 6M:1 Dark ImagesAmbient Contrast Ratio @ 125 Lux ~1000:1 >2,000:1 >2,000:1 >2,000:1 High Lux

Black Levels cd/m2 <0.001 0,8 0,1 0,05 Dark ImagesViewing Angles CR 100% 3DResponse Time ms 0,001 5 3 3 Fast Moving

Gray Scale Performance All Gray Scales Movies

Frame Rate Hz None42" Power Consumption W 30 ~120 ~80 ~60 15

Lifetimehrs to 1/2

luminance

50K to 100K ~60K ~70K ~70K Initial LCD

Differential Aging Yes Strength Image Sticking Some Strength Form Factor mm 2 5 3 5 Thinner

>240

Poor Lower Gray Scales

MinorNone

TFT LCD

SameOLED ~1.5X Brighter

20:1


Source: YMR



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TFT LCD AMOLEDLight Source Units LED OLEDEfficacy lm/W 175 120

Sub-pixel fill factorAperture Ratio 70% ~100%

Voltage losses in backplane NA 50%

Polarizer Efficiency 50% NAColor Filter Efficiency ~50% 0%-60%Backlight Dimming Saving 50% NAIR Losses in Backplane NA 10%

Source:AUO/Universal Display




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OLEDs : Previsão da evolução do Mercado de Displays

Iluminação!.....

Sorce: Display Bank

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

+3DTVPDP FLEX HOLOG



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Embora as tecnologias tradicionais estejam relativamente maduras e ofereçam menos potencial de melhoria, o SSL é uma tecnologia ainda relativamente nova e em desenvolvimento e investigação continuando a conseguir avanços significativos de processamento e eficácia.

Source: DOE SSL R&D Multi-Year Program Plan

Iluminação!.....SSL- Previsão da Evolução



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Dúvidas?

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Bibliografiashttp://www.prof2000.pt/users/lpa

© 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)

www.ecse.rpi.edu

www.lightemittingdiodes.org/

http://www.solidstatelightingdesign.com/

http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/Livros/Luminotecnica.pdf

http://www.dfisica.ubi.pt/~hgil/FotoMetria/Iluminacao.1.html

Perils & Possibilities (2011)Rob Kaulfuss Prof. of EconomicsMiddlesex Community College

http://www.omslighting.com/ledacademy/442/download

http://www.explainthatstuff.com/how-oleds-and-leps-work.html

Homer Antoniadis - OLED Product Development presentation

http://www.ledonoled.com/en/technology.html

http://www.universaldisplay.com/

http://7economy.com/oled-technology-nuts-and-bolts/

http://www.oledsworldsummit.com/

http://www.acuitybrandsoled.com/oleds/oled-technology/

http://www.sigmaaldrich.com/materials-science/material-science-products.html?TablePage=19353440

http://www.acuitybrandsoled.com/oleds/oled-technology/

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA7YgAL/quimiluminescencia-bioluminescencia

Jeannine M Fisher, PE LC - OLEDs World Summit 2011

Mike Lu and Jeannine Fisher at Lightfair Internationa – Las Vegas- May 10, 2012

http://www.idemitsu.com/products/electronic/el/index.html

http://www.oe-chemicals.com/dictionary-Q.html