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domingo, junio 16, 2024

¿Oled o led?

Por: Oracio Barbosa

 

La iluminación por medio de LEDs es la más adecuada y económica para usar como sistema de iluminación artificial de luz blanca; y es un sistema basado en las propiedades semiconductoras de los materiales, de aquí su nombre de sistema de iluminación de estado sólido. Los LEDs generan luz blanca de dos maneras; una, utilizando tres “chips” donde cada uno correspondería a un LED que emitirá con el color rojo, el verde y otro con el azul; la mezcla de estas emisiones genera una luz blanca. Otra manera es utilizando solamente un “chip” con un LED que emita en azul y haciéndolo incidir sobre un fósforo.

Comparativamente el utilizar tres chips es complicado y caro de fabricar para lograr luz blanca, es más económico recurrir al LED azul y fósforos; actualmente esta esta es la manera en que se fabrican los LEDs emisores de luz blanca comerciales. La fuente primaria en estos LEDs es un “chip” que emite en ultravioleta-azul y generalmente compuesto por la mezcla de InGaN, indio-galio-nitrógeno. Este compuesto es un diodo semiconductor que ilumina un fósforo, que generalmente es el cristal garnet o granate conocido por sus iniciales YAG y dopado con el elemento químico número 58 de la tabla periódica, es una tierra rara llamada “cerium”; este fósforo se abrevia como YAG:Ce.  Este fósforo emite una luz amarillenta por lo que el fabricante debe de agregar otros fósforos que emitan en el rojo para mejorar la emisión blanca; son entonces estas tres emisiones las que conjuntamente proporcionan una luz blanca.  En la figura 1 se puede ver un sistema de iluminación comercial chip-LED emisor de luz blanca y la estructura de los materiales semiconductores de un chip-LED; estos semiconductores tienen cada uno una capa de materiales conductores, los electrodos, uno es el ánodo y otro el cátodo donde se aplica un voltaje.

En la figura 2 se puede ver un arreglo de chips-LED para una lámpara de iluminación comercial. En la parte superior la cubierta de la lámpara LED y en la parte inferior sus componentes que es un conjunto de chips-LED. Esta lámpara se conecta directamente a la toma de corriente de casa/oficina, pero existe un circuito eléctrico convertidor de corriente eléctrica de alterna a directa que se ilustra en la figura como un pequeño dispositivo eléctrico.  Este dispositivo es necesario puesto que los LEDs requieren “corriente directa” (como la de las baterías).

En la entrega del 16 de octubre del presente año en ZONA FRANCA, hablamos de la miniaturización de bio-sensores y la salud, y hacíamos ver que la tecnología involucrada en esta miniaturización eran los materiales semiconductores. Sin embargo cabe señalar que las propiedades semiconductoras se presentan en materiales orgánicos e inorgánicos; en particular, comentamos, que los semiconductores inorgánicos difícilmente son flexibles y que en realidad eran los orgánicos los que ofrecen esta gran ventaja. Con semiconductores orgánicos bien podríamos pensar en dispositivos para la salud similares a los tatuajes y que podrían ser desechables. Otra aplicación de los materiales semiconductores orgánicos está en los sistemas de iluminación. Existen en la actualidad el anuncio de las nuevas pantallas flexibles en los teléfonos inteligentes y comercialmente ya hay en el mercado televisores con pantallas “OLED” por sus iniciales de Organic-LED o bien LED orgánico.

Los materiales orgánicos semiconductores se pueden fabricar mediante más de una técnica, pero la que seguramente imperará comercialmente será la de “inyección de tinta”; esta técnica es muy similar a las impresoras de tinta. Esto significa que los OLEDs podrán ser impresos en sustratos de plástico, por ejemplo, y generar “tiras de iluminación” que seguramente se podrán adherir a un auto, o a cualquier ropa u objeto donde se desee sin mayor problema. Los dispositivos OLEDs son planos igual que los dispositivos LEDs, conformados por capas de materiales orgánicos semiconductores semejante a la configuración mostrada en la figura 1 derecha para LEDs. La gran diferencia radica en que mientras las capas inorgánicas en LEDs tienen gruesos de micras (una capa de una micra es 1000 veces más delgada que otra de un milímetro); en los OLEDs las capas son 1000 veces más delgadas, esto es, son capas nanométricas o con gruesos del orden de nanómetros (1,000,000 más delgada que un milímetro). Entonces, una tira LED y otra de OLEDs tendrán mucha diferencia en el grosor de una “cinta” para iluminar; las cintas o tiras LEDs ya las vemos en el mercado, mientras que las OLEDs no; pero seguramente tendrán grosores que no lleguen a un milímetro y tendrá un uso mucho mas amplio.

Otra diferencia mayor es que los LEDs deslumbran al igual que el sol y otras fuentes de iluminación, mientras que la luz de OLEDs no lo hacen; esto mayormente porque los OLEDs son fuentes NO-PUNTUALES puesto que iluminan mediante una superficie, mientras que el resto de fuentes luminosas son concentradas casi de forma puntual. Los LEDs comerciales utilizan, como ya mencionamos, un fósforo basado en el elemento químico de cerium, el cual es una tierra rara y tiene un precio alto en el mercado puesto que es muy escaso a nivel mundial.  Por el contrario, los materiales orgánicos son mucho más fáciles de obtener mediante la síntesis de nuevos materiales con propiedades semiconductoras.

Los OLEDs para la iluminación artificial aún no se encuentran comercialmente debido fundamentalmente a su inestabilidad, sin embargo, se espera que en los dos próximos años se pueda resolver este problema por completo e inicie su comercialización.  Los OLEDs y LEDs ocuparán nichos específicos de mercado.  Esto es, en los próximos 5 años tendremos SISTEMAS DE ILUMINACIÓN ARTIFICIAL DE ESTADO SÓLIDO los cuales nos proporcionarán una mejor iluminación para realizar actividades a toda hora del día, nos proporcionarán también un mejor sistema iluminación para transitar en calles y en carreteras mediante cualquier medio de transporte; serán económicas, eficaces y con una mayor eficiencia que cualquier otro sistema de iluminación hasta ahora conocido.

barbosag@cio.mx

Columna del CIO
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El Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) es uno de los Centros públicos de investigación pertenecientes al Conacyt. Se especializa en óptica y fotónica (estudio de la luz y su interacción con la materia) www.cio.mx

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