7/29/2019 Trabajo Conductores OLED

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POLMEROS CONDUCTORES: MATERIALES MULTIFUNCIONALES Y

BIOMIMTICOS (TECNOLOGA OLED)

INTRODUCCIN:

FUNDAMENTO TERICO:

Las aplicaciones de los polmeros conductores son numerosas y

variadas, entre ellas se pueden destacar las bateras orgnicas, visores

electrocrmicos, sensores qumicos, diodos emisores de luz, entre otras.

Existen dos tipos de materiales conductores con matriz polimrica, los

conductores extrnsecos y los intrnsecos.

Los conductores extrnsecos son materiales compuestos, formados por

un polmero y una carga (e.g. negro de humo, polvo metlico). Para poder

conferir al polmero termoplstico una conductividad elctrica, se debe de

superar la concentracin de percolacin.

Los conductores intrnsecos son materiales polimricos cuyas molculas

son capaces de conducir la electricidad. Los polmeros conductores ms

comunes son los que alternan dobles enlaces C=C, con enlaces sencillos C-C

a lo largo de la cadena, como por ejemplo:

Figura 1: Estructura del Poliacetileno

Figura 2: Estructura del Polipirrol

Para que un polmero pueda ser conductor deben de formarse

estructuras conjugadas. Uno de los mtodos de sntesis ms habituales en los

polmeros conductores, es la oxidacin electroqumica. Es un proceso

heterogneo y se produce sobre el nodo de una clula electroqumica, la cual

permite el paso de corriente y favorece la oxidacin del polmero.

La oxidacin supone la generacin de radical-cationes o dicationes a lo

largo de la cadena polimrica, por lo que para cumplir con el principio de

electroneutralidad de la materia, se incorporan contraiones (aniones) (A-).

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Figura 3: Estructura del bipolarn o dicatin

La oxidacin es un proceso progresivo y reversible, que da lugar a la

formacin de un compuesto polmero-contrain de estequiometra variable. Por

lo tanto, la conductividad vara progresivamente con el grado de oxidacin.

La oxidacin electroqumica de una pelcula reducida, tiene lugar a

travs de la generacin de cargas positivas a lo largo de las fibras polimricas

en la interfase polmero/electrolito. La presencia de cargas positivas favorece

los procesos de repulsin entre las fibras y la apertura de canales, provocando

la penetracin de contraiones en el interior de la pelcula.

La apertura de poros de dimetro creciente, est controlado por

procesos de relajacin conformacional, que dan lugar a movimientos

polimricos en estado slido. Los procesos de relajacin estarn ms

impedidos cuanto ms compacto sea el polmero, puesto que necesitar ms

energa.

Los procesos inversos de expulsin de contraiones, eliminacin decargas positivas, interacciones de Van der Waals y cierre de los canales,

ocurren durante la reduccin.

Este tipo de procesos, van acompaados de un cambio de volumen

reversible y de cambios en el color de la pelcula y su conductividad. El

polmero reducido es un semiconductor, mientras que el oxidado es un

conductor.

Mecanismo de conductividad en polmeros conductores:La conductividad de los polmeros conductores depende de su

preparacin y dopado. En una cadena polimrica los electrones se distribuyen

en estados discretos de energa llamados bandas. La banda ocupada de

electrones de ms alta energa, se llama banda de valencia, y la vaca se llama

banda de conduccin.

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AB: anchura banda de valencia (gradoconjugacin e-)Eg: Energa del gap

AE: Afinidad electrnicaPI: Potencial de ionizacinEf: Energa de Fermi

Figura 4: Bandas de valencia (BV) y de conduccin (BC)

La diferencia energtica entre las dos bandas es lo que se llama gapenergtico (Eg). sta energa ser ms grande cuento ms aislante sea el

compuesto, y ms pequea cuanto ms conductor sea. Cuando una banda

est del todo llena o vaca no permite el movimiento de los electrones, por lo

que se trata de un material aislante. Si las bandas estn semillenas puede

producirse el movimiento de los electrones, y que el material sea conductor.

Efecto del dopaje:

Para poder darse la movilidad de los electrones debe haber electroneslibres, y eso se consigue mediante el dopado.

En el caso de los polmeros conductores se realiza el dopado extrnseco,

que consiste en la adicin de impurezas que aportan electrones, dopaje tipo n,

o por el contrario los quitan formando huecos, dopaje tipo p. Esto provoca una

distorsin en la estructura conjugada.

Figura 5: Tipos de dopaje. Izquierda tipo p, derecha tipo n.

En el dopaje tipo p, se crea un estado aceptor de electrones de la banda

de valencia, y el dopaje tipo nse crea u estado donador de electrones hacia labanda de conduccin.

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Habitualmente en los polmeros conductores se da un dopaje tipo p, en

el que se arranca un electrn de la estructura del polmero, quedando la

molcula cargada positivamente, recibiendo en trminos fsicos el nombre de

polarn, el cual es equivalente al catin-radical en el lenguaje qumico.

En este trabajo vamos a realizar una pequea introduccin sobre una de

las aplicaciones que tiene en el mercado los polmeros conductores, la

tecnologa OLED.

Las pantallas planas estn basadas en propiedades electrocrmicas y

pueden ser construidas sobre sistemas transparentes. Las propiedades a

destacar son, la variacin de la definicin del color en pequeas superficies y

los tiempos de transicin menores de 0,1 segundos.

HISTORIA:

El primer LED (Light Emitting Diode) fue de color rojo que se form

combinando Galio, Arsnico y Fsforo, el cual tena una frecuencia de emisin

de 650nm con una intensidad relativamente baja. En el siglo XXI se

desarrollaron los diodos OLED (Diodos Led Orgnicos) fabricados con

materiales polimricos orgnicos semiconductores.

ESTRUCTURA BSICA:

Los OLED son LED construidos de materiales orgnicos, que cumplen la

misma funcionalidad que los LEDs orgnicos de emitir luz por medio de un

proceso qumico.

Un OLED posee dos finas capas orgnicas, que actan como capas de

emisin y conduccin, las cuales estn comprendidas entre una fina pelculaque acta una como nodo y otra pelcula que acta como ctodo. Las capas

de emisin y conduccin estn hechas de molculas o polmeros que conducen

la electricidad.

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Figura 6: Estructura de un OLED

Sus niveles de conductividad van desde los niveles aisladores hasta los

conductores, por este motivo se les llama semiconductores orgnicos.

El nodo ITO (xido de indio y estao) consiste en un soporte

transparente de vidrio o un polmero flexible sobre el que se deposita una

mezcla de xido de indio y estao, formando una capa conductora. El ctodo

est constituido por un metal o aleacin de metales (aluminio, calcio, litio-

aluminio, magnesio-plata etc.).

La necesidad de nuevos dispositivos que presenten altas eficiencias,

mayor brillo y tiempos de vida ms largos ha introducido la utilizacin de

coloreantes fosforescentes. Los complejos de Iridio han demostrado ser hasta

la fecha los materiales fosforescentes ms eficientes y verstiles, debido al

pequeo tiempo de vida media del estado triplete.

FUNCIONAMIENTO:

Cuando se aplica una diferencia de potencial a travs del OLED, de

manera que el nodo sea positivo respecto al ctodo, conseguimos una

corriente de electrones que fluye en sentido nodo-ctodo. De esta manera, el

ctodo inyecta electrones en la capa de emisin y el nodo los sustrae de la

capa de conduccin, por lo que la capa de emisin comienza a cargarse

negativamente, mientras que en la capa de conduccin se van formando

huecos debido a la carencia de electrones.

Las fuerzas electroestticas atraen a los electrones y los huecos,

provocando una recombinacin. Este fenmeno supone que un tomo atrapa a

un electrn, por lo que dicho electrn pasa de una capa energtica de mayor

valencia a otra menor, liberando una energa igual a la diferencia entre energa

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inicial y final en forma de fotn. La energa de ese fotn es la responsable del

color de la luz emitida, que se detecta a travs del electrodo andico.

Figura 7: Principio del funcionamiento del OLED

1. Ctodo2. Capa de emisin3. Emisin de radiacin4. Capa de conduccin5. nodo

Adems de este proceso, la recombinacin tambin produce unaemisin de la radiacin a una frecuencia perteneciente a la regin visible,

donde se observa un punto de luz de un color determinado. La suma de

muchas de estas recombinaciones, que ocurren de forma simultnea, es lo que

provoca la imagen.

TECNOLOGAS RELACIONADAS:

Los diodos OLED son los precursores de nuevos dispositivos como losSM-OLED (Small Molecule OLED), PLED (Polymer Light Emitting Diodes),

TOLED (Transparent OLED), SOLED (Stacked OLED), PMOLED (Matriz

Pasiva OLED) y AMOLED(Matriz Activa OLED).

SM-OLED:

Basados en la produccin de pantallas con pequeas molculas, que

requieren la deposicin de las molculas a vaco utilizando sustratos de vidrio

para conseguirlo, esto reduce su flexibilidad.1. PLED:

Basados en un polmero conductor electroluminiscente que emite luz

cuando le recorre una corriente elctrica. Se utiliza una pelcula de polmero

muy delgada, obteniendo una pantalla de gran intensidad de color que requiere

muy poca energa en comparacin con la luz emitida.

2. TOLED:

Utilizan un terminal transparente para crear pantallas que puedan emitir

en ambas caras consiguiendo ser transparentes.

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3. SOLED:

Utilizan una arquitectura de pxel, que se basa en almacenas subpxeles

rojos, verdes, azules unos encima de otros, al contrario de disponerlos a los

lados tal y como sucede en los LCD.

4. PMOLED:

OLED de Matriz Pasiva posee una estructura simple. El dispositivo est

formado por interconexin de conductores de nodo y ctodo de un conjunto

de celdas OLED. Para la excitacin del panel, es necesario un circuito externo

que genere seales sincronizadas para filas y columnas, y para la seal de

video correspondiente.

Figura 8: Matriz Pasiva OLED

5. AMOLED:

El OLED de Matriz Activa contiene un respaldo de electrnica integrada,lo que permite su uso en displays de alta resolucin. Su construccin ha sido

posible debido al desarrollo de una tecnologa de polisiliconas, que poseen una

alta movilidad y permiten transistores de pelcula delgada.

Figura 9: Matriz Activa OLED

VENTAJAS:

Menor consumo de energa, puesto que el diodo es el emisor de luz, y

por lo tanto no es necesaria una fuente luminosa externa tal y como

ocurre en las pantallas de LCD.

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Pantallas ms delgadas, ya que las capas de polmero u orgnicas son

mucho ms finas (3mm aproximadamente) que las capas cristalinas.

Flexibilidad. Debido a que las capas pueden ser impresas sobre un

soporte flexible.

Ms brillo, contraste y ngulo de visin. Los pxeles de OLED emiten luz

directamente, por lo que permiten un rango mayor de colores, ms brillo

y contrastes y ms ngulo de visin con respecto a los actuales LCD, los

cuales son colocados delante de una fuente de luz.

Figura 10: Pantalla flexible Figura 11: Prototipo Toshiba OLED TV

DESVENTAJAS:

Sensibilidad al agua.

Degradacin y periodos cortos de vida. El periodo de vida media de las

capas de OLED es bastante menor que el de LCD. Se estima una

duracin media de 14000 horas para un OLED, frente a las 60000 horas

de un LCD.

BIBLIOGRAFA:

Polmeros Conductores: Sntesis, propiedades y aplicaciones

electroqumicasToribio F. Otero. Revista Iberoamericana de polmeros,

Diciembre 2003.

Tecnologa OLEDJefferson Torres. Universidad Politcnica Salesiana,

Facultad de Ingeniera Electrnica y Ambientales (INCIHUSA) CRICYT-

CONICET.