Diodi organici a emissione di luce, applicazioni

I diodi organici a emissione di luce OLED acronimo di Organic Light-Emitting Diode sono un tipo di LED con uno strato elettroluminescente costituito da composti organici che si differenziano dai LED tradizionali che sono rivestiti di fosforo giallo.

Il primo diodo organico a emissione di luce fu ottenuto nel 1987 dalla Eastman Kodak sulla base delle ricerche dei chimici Ching Wan Tang e Steven Van Slyke ed era costituito da una semplice struttura a doppio strato inserita tra due elettrodi.

I diodi organici a emissione di luce si sono affermati rapidamente come una delle tecnologie leader per pannelli di visualizzazione a colori e fonti di illuminazione ecologiche grazie alle loro eccezionali caratteristiche tra cui qualità del colore superiore, risposta rapida, contrasto elevato, purezza del colore elevata e ampio angolo di visione.

La tecnologia dei diodi organici a emissione di luce ha la potenzialità di offrire pannelli sottili, flessibili ed estensibili ed elevate proprietà meccaniche come la flessione e la torsione che li rendono adatto per dispositivi indossabili, apparecchi biomedici e la robotica.

Componenti dei diodi organici a emissione di luce

La struttura di base di una cella è costituita da una pila di sottili strati organici inseriti tra un anodo e un catodo.

I componenti principali sono il substrato realizzato in vetro, plastica o lamina metallica, il catodo, l’anodo, lo strato emissivo ovvero lo strato organico in grado di emettere luce e lo strato conduttivo. Il catodo è caricato negativamente ed è costituito generalmente da metalli come argento, rame, alluminio, calcio e magnesio.

L’anodo, caricato positivamente, è costituito generalmente da un materiale trasparente come l’ossido di indio-stagno comunemente indicato come ITO e da materiali plastici trasparenti nei diodi organici a emissione di luce trasparenti. Sull’anodo trasparente viene depositato un piccolo film organico costituito da molecole o polimeri, singolo o multistrato.

Le strutture multistrato vengono utilizzate per migliorare le prestazioni del dispositivo abbassando la barriera per l’iniezione di lacune dall’anodo e controllando la regione di ricombinazione di elettroni e lacune.

Lo strato organico è in genere in grado di emettere solo luce bianca ma l’aggiunta di composti elettrofosforescenti come il rutenio, il platino, l’iridio e l’europio possono emettere luce rossa, verde o blu.

Funzionamento dei diodi organici a emissione di luce

L’emissione di luce avviene attraverso l’elettroluminescenza e si può descrivere il funzionamento considerando che lo strato emettitore di luce viene eccitato dall’energia di ricombinazione degli elettroni del catodo e delle lacune dell’anodo, quindi lo strato emettitore di luce emette luce quando ritorna allo stato fondamentale.

Poiché i solidi organici hanno una bassa costante dielettrica e una forte energia di legame, i portatori di lacune e di elettroni si muovono verso l’interfaccia tra i due strati di trasporto e si ricombinano nello strato che emette luce per formare eccitoni. Quindi questi eccitoni emettono luce attraverso l’elettrodo trasparente rivestito su substrato di vetro.

Nei semiconduttori organici sono presenti elettroni π delocalizzati, che sono relativamente liberi ma confinati sulle singole molecole a causa di deboli interazioni intermolecolari. Spinti dal campo elettrico, gli elettroni vengono eccitati o iniettati nel livello di energia dell’orbitale molecolare più basso non occupato e saltano verso il livello di energia dell’orbitale molecolare più basso non occupato della molecola vicina e quindi avviene il trasporto di elettroni. Allo stesso modo, le lacune iniettate vengono trasportati saltando dal livello di energia dell’orbitale molecolare più alto occupato di una molecola all’altra

Usi

Oggi sono comunemente utilizzati come display digitali in applicazioni che vanno dagli smartphone, ai televisori, ai monitor video, ai tablet, agli smartwatch e ai fitness tracker, fino ai dispositivi medici, agli indicatori automobilistici, ai lettori audio, alle cuffie, alle fotocamere e alle console di gioco.

I dispositivi indossabili includono strumenti multiuso che utilizzano tecnologie di rilevamento avanzate come il riconoscimento dei comandi vocali, il riconoscimento dei gesti e il riconoscimento del volto e delle impronte digitali. La tecnologia offre i vantaggi del fattore di forma del display più sottile e curvo ai dispositivi indossabili

Gli esclusivi materiali organici di cui sono costituiti consentono una maggiore flessibilità, dando vita ad alcuni dei progetti più interessanti e innovativi nel campo della tecnologia dei display. I diodi organici a emissione di luce consumano poca energia e forniscono una visualizzazione di alta qualità.

Tuttavia attualmente il loro costo è superiore a quello dei LED tradizionali, hanno una vita più breve e possono dare problemi di leggibilità in caso di luce solare diretta