Introducción: OLED

Introducción

Las propiedades de semiconductores de las pequeñas películas orgánicas han sido intensamente estudiadas en los últimos años, y la aplicación más prometedora es  la de los diodos emisores de luz orgánicos. Virtualmente cualquier dispositivo electrónico contiene semiconductores orgánicos, haciendo contacto con metales y otros conductores inorgánicos jugando un rol crucial.

El objetivo actual en el campo de la iluminación es sustituir las fuentes de luz convencionales tales como focos incandescentes o fluorescentes con fuentes de luz más poderosas y eficientes con Diodos Emisores de Luz Orgánicos (OLEDS), los cuales reducen el consumo de energía, ahorra recursos, tienen un periodo de vida más largo y son amigables con el medio ambiente.

Propiedades básicas de los OLEDs

De una forma simple, un OLED consiste en una simple capa de material orgánico, haciendo contacto con un reflector (metal) que a su vez está en contacto con el cátodo y un ánodo transparente, este ultimo consiste en Indio dopado de Oxido (ITO). Cuando se aplica un voltaje positivo, los electrones y agujeros son inyectados al ánodo y cátodo (respectivamente), estos procesos pasan por el centro del dispositivo, recombinándose y formando excitaciones entre parejas de electrón-agujero, debido a la fuerte interacción de coulomb ambos (electro-agujero) son colocados en la misma molécula. La excitación se relaja cuando pasa el estado base de la molécula y puede emitir un fotón durante el proceso.

Para cuantificar la eficiencia de ese proceso que involucra la emisión de luz, la forma usada más común es la eficiencia quántica externa (EQE o ηq)  y la eficiencia energética o la eficacia luminosa (ηp). EQE se define como la relación entre el número de fotones emitidos y el número de portadores de carga inyectados. Puede ser expresado como el producto de la llamada eficiencia eléctrica γ, y el factor de excitación espiral χ, la eficiencia en decaimiento de la radiación ηr, la  eficiencia de desacoplamiento ξ.

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Donde SPL(λ) denota el espectro normalizado de luminiscencia del emisor

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La eficiencia eléctrica γ se define como la relación de portadores de carga inyectados con el número de excitaciones formadas, γ incluye también las perdidas eléctricas. Un parámetro significante para determina la eficiencia eléctrica es el balance de portadores de carga, que es la relación entre los electrones inyectados respecto a los agujeros inyectados.

El factor de excitación espiral χ se define como la relación entre las excitaciones que irradian y el número total de excitaciones. En base a las estadísticas, tres de cuatro excitaciones formadas en el dispositivo son triplets y una sola excitación es singlet. En los emisores fluorescentes únicamente los singlets radian pasando el estado base de relajación. En este caso χ= .25.

El decaimiento de la radiación ηr, o eficiencia de la fotoluminiscencia (PL), depende de la radiación(Γrad) y la no radiación (Γnrad), la relación de decaimiento es la siguiente

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Finalmente la eficiencia de desacoplamiento ξ, es la relación entre el numero de fotones emitidos al espacio respecto al número de fotones generados en el OLED. Existen 2 aéreas con un índice de refracción significado: la interfaz entre las capas orgánicas incluyendo el ánodo(1.7crit(λ), representado mediante la ley de snell queda:

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Equivalente eléctrico del OLED para su análisis

Los OLEDs tienen un comportamiento eléctrico en específico. Los semiconductores empleados hacen que sus características de voltaje/corriente sean similares a los LED, Adicionalmente los OLEDs consisten en una gran área de semiconductor entre dos electrodos. Esta arquitectura hace la carga eléctrica del OLED  única comparada con los todas las demás fuentes de luz.

Como resultado es necesario colocar conductores adecuados de acuerdo a las restricciones especificadas en la aplicación, debido a esto su producción no puede ser realizada en masa y por consecuencia son dispositivos que son caros y muchas veces difíciles de comprar.

Para un análisis general de iluminación, este modelo puede ser usado por ejemplo para estimular un gran panel hecho de OLED con sus diferentes configuraciones serie/paralelo, también puede ser usado para la simulación de diferentes fenómenos cambiando algunos valores de sus componentes y, en consecuencia, la estrategia para compensar las pérdidas de luminosidad.

Para aplicaciones especificas “Light Fidelity” (Li-Fi), “Luces de comunicación visual”(VLC), este modelo puede ser usado para diseñar diferentes conductores capaces de mejorar características importantes de la fuente de luz como una salida de luz con determinado ancho de banda con un periodo de levantamiento.

Para el punto de vista eléctrico, la estructura puede ser considerada como un circuito que combina 2 resistencias y un capacitor, las dos resistencias se pierde principalmente en con el contacto resistivo entre las capas orgánicas, creando una conducción entre las capas orgánicas y una resistencia en el electrodo, el origen del capacitor radica en la estructura apilada de las capas orgánicas

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