Cosa sono gli OLED

Sono LED multistrato a base organica (OLED = Organic LED, in italiano LED Organici). Come i LED classici (inorganici) convertono l’energia dalla corrente elettrica che scorre ai loro capi in flusso luminoso visibile. Gli OLED producono luce ad intensità relativamente bassa da vaste aree mentre i LED inorganici sono sorgenti più compatte. 

Nella maggioranza degli OLED la corrente scorre attraverso strati sottili di materiale organico confinati tra elettrodi piani. Sono necessari più strati per assicurare un trasporto bilanciato di elettroni e la produzione di luce con le qualità di colore desiderate. Solitamente si usano emettitori rosso, verde e blu disposti in varie configurazioni per produrre la luce bianca, come illustrato nella Figura 1. Le configurazioni al momento più utilizzate sono tre: a singola serie (WOLED), a serie complessa o tandem (SOLED) ed a strisce (STRIPES). Il vantaggio di un OLED a serie (stack) singola (figura a) è nella facilità di produzione grazie al ridotto numero di strati, ma molte compagnie stanno esplorando OLED con strutture più complesse, soprannominati OLED tandem (figura b), con due o tre regioni emittitrici separate da strati per la generazione ed il trasporto di carica. Con questo metodo si possono ottenere livelli maggiori di luminosità a densità di corrente inferiori che garantirebbero una vita maggiore al dispositivo. La terza tipologia di OLED, in fase di ricerca, è l’OLED a striscie (figura c). Richiede disegni più complessi ed ha aree attive ridotte ma permette la sintonizzazione del colore. Per i dispositivi ad OLED bianchi per illuminazione generale, la correzione del colore nel tempo è una caratteristica molto importante.

Affinchè la luce possa uscire dal dispositivo, almeno uno degli elettrodi ai capi degli strati emettitivi deve essere trasparente. Quando lo sono entrambi si può ottenere un OLED completamente trasparente da spento e che emette luce da entrambi i lati quando acceso, permettendo progettazione di dispositivi luminosi unici. A causa dell’elevata sensibilità dei materiali organici all’ossigeno e all’acqua, gli OLED devono essere incapsulati e sigillati.

Lampade OLED

Figura 2. Prototipo di lampada contenente pannelli OLED.
Fonte: Acuity.

Abbiamo visto i chip OLED, sostanzialmente strati emissivi di uno spessore totale di 100 – 200 nm racchiusi tra due elettrodi piani, ma per ottenere delle lampade a OLED, o più in generale deggli apparecchi di illuminazione, abbiamo bisogno di meccanismi che facciano passare tra gli strati dell’OLED una corrente uniforme e che proteggano le zone attive dai danni ambientali. Per il circuito elettrico si utilizzano materiali conduttivi trasparenti alla luce visibile o metalli opachi. Come protezione si usano incapsulanti in plastica o vetro, opportunamente trattati per ridurre la riflessione interna, raggiungendo anche trasmissioni dell’80% della luce. Un’esempio di lampada a OLED è mostrata in figura 2.

Secondo dati del DOE MYPP 2013 le lampade OLED hanno raggiunto l’efficienza di 52 lm/W ed una vita media (L70) di 15.000 ore (Lampade Acuity) a CCT di 3500 K.  I dati raggiunti in laboratorio sono molto superiori ma si parla di pixel e non di pannelli. L’area di un pixel OLED è inferiore al cm2, si parla invece di pannelli OLED quando si ha un’area di almeno 50 cm2. Per esempio, nel 2012 Panasonic ha dimostrato di aver ottenuto un OLED bianco con un’efficienza di 142 lm/W ed una luminanza di 1000 cd/m2, ma l’area era di soli 4 mm2. Nel 2013, con un approccio simile, NEC Lighting ha ottenuto 156 lm/W in un dispositivo di 2×2 mm2. Incorporata la stessa tecnologia in un pannello di 50 cm2 l’efficienza è scesa a 75 lm/W.

Le barriere da superare

• Il costo degli OLED è ancora molto alto. Ad oggi un pannello OLED da 50 cm2 costa 800 $ ed una lampada 2400 $. Nel 2012 il costo di un pannello era di 1600 $ e nel 2011 di 2500 $. L’aumento dei volumi di produzione assieme alla maggiore esperienza sta abbattendo i costi facendo ben sperare per il futuro.
• L’efficienza d’estrazione della luce è attorno al 20-25%, solo 1 fotone su 4 illumina l’ambiente esterno. Questo è dovuto al cattivo accoppiamento tra l’indice di rifrazione del materiale organico, il substrato e l’aria. Si stanno gia sviluppando vari metodi per aumentare l’efficienza ad esempio emettendo la luce con direzione vicina alla normale del piano del pannello.
• La durata degli OLED è ancora bassa. Si parla di qualche migliaia di ore. La vita  è ridotta notevolmente dal contatto tra le zone attive dell’OLED e l’acqua o l’ossigeno. La prima si può formare per condensa ed il secondo è presente in fase di produzione. Si stanno gia ricercando sistemi per eliminare questi fattori.
• Il mercato dell’illuminazione generale è dominato dalle lampade a fluorescenza e dai più efficienti LED inorganici, relegando gli OLED alla sola illuminazione di schermi per televisori e dispositivi portatili e si sa che è la richiesta del mercato ad incentivare la ricerca.

Sviluppi futuri

Vediamo per concludere qual’è l’evoluzione prevista per gli OLED nei prossimi anni. Uno dei produttori più lanciato nello sviluppo di questa tecnologia è LG Chemical, ecco il suo piano sviluppo:

	2012	2013	2014	2015
Efficienza [lm/W]	60	80	100	135
Luminanza [cd/m2]	3000	3000	–	4000
Durata L(70) [x1000 ore]	15	20	30	40
Area [mm]	100×100	150×150	300×300	300×300

LG sostiene di raggiungere gli obiettivi dell’anno gia a luglio 2013. Altre compagnie come Panasonic e Philips non prevedono di raggiungere i 130 lm/W prima del 2018 o 2019. La figura 3 mostra una proiezione dei progressi futuri dell’efficenza dei pannelli OLED basata sui risultati ottenuti fino ad oggi e sugli obiettivi dichiarati dai vari costruttori. Ci sono dati molto sparsi, limitati a pochi anni recenti. La curva di proiezione ha quindi un elevato tasso d’incertezza anche se ottenuta dalla media dei dati qualificati che riflettono l’efficienza per pannelli con area minima di 50 cm2, CRI ≥ 85, ed emissione luminosa ≥3.000.

Ogni commento, precisazione, aggiunta o domanda è ben accetta sull’argomento OLED.