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Iluminacao 6 OLED_lamps

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Fabricação, estrutura, funcionamento, evolução e aplicações dos diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs).

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Iluminacao 6 OLED_lamps

  1. 1. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays AplicaçõesIluminação a OLEDs OLEDs Não concordo com o acordo ortográfico 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 1
  2. 2. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  O Espectro ElectromagnéticoIluminação a OLEDs 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 2
  3. 3. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  A luz visível Raios Raios Ultra-Violetas Infra-vermelhos Micro-Ondas Ondas Gama X Rádio Luz VisívelIluminação a OLEDs Azul Verde Vermelho Ondas curtas. Ondas longas. Alta Frequência. Baixa Frequência. Alta energia. Baixa energia. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 3
  4. 4. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!..... PRODUÇÃO DE LUZ termoradiação luminescência Combustão Descarga no seio Radiação de um Incandescência de um gás corpo sólido naturalIluminação a OLEDs Chama Lâmpada de vapor Substâncias metálico luminescentes artificial Lampião de gás Lâmpada Placas de sinalização incandescente rodoviária 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 4
  5. 5. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  Luminescência A luminescência, é a emissão de luz por uma substância quando submetida a algum tipo de estímulo, como luz, reação química, ou radiação ionizante, mas que não a temperatura(a emissão de luz causada por aumento da temperatura é chamada incandescência). Uma partícula excitada (átomo ou molécula) só pode perder a sua energia extra, de poucas maneiras: Diagrama Estado excitado Gerando calor. de energia Transferindo a energia para uma outra partícula. Ruptura.  Luminescência: Emitindo luz. Estado NormalIluminação a OLEDs 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 5
  6. 6. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  Luminescência Tipos de luminescência por Mecanismo: Fluorescência: é um tipo de luminescência que é resultado da recombinação muito rápido (micros segundos) de excitações simples. Ela desaparece rapidamente quando a fonte de excitação (luz ou da corrente eléctrica) é removida. Os seus electrões são promovidos de um nível de energia inferior para um nível mais externo , onde dizemos que o electrão se encontra em estado excitado. Ao retornar ao seu nível fundamental de energia o electrão emite a energia absorvida na forma de radiação visível. Assim, o fenómeno da fluorescência só perdura enquanto existir uma fonte de radiação. No caso da lâmpada fluorescente , há emissão de luz enquanto a tomada estiver ligada pois a corrente eléctrica é a fonte de energia e o material utilizado para recobrir o interior do tubo de vidro é o fósforo, responsável pela absorção da radiação ultravioleta emitida pelo mercúrio no interiorIluminação a OLEDs do tubo e emissão da luz visível branca. Fosforescência: é a capacidade que uma espécie química tem de emitir luz, mesmo no escuro. Quando o material é exposto a luz ,devido a uma configuração especial de seus electrões, eles absorvem a energia da luz visível ou luz ultravioleta, os electrões dos átomos se excitam migrando para níveis de energia mais afastados do núcleo. Retirado a exposição à radiação, os electrões retornam lentamente aos níveis mais internos emitindo luz, fenómeno denominado fosforescência. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 6
  7. 7. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  Luminescência O fenómeno dividem-se em duas categorias:  A fluorescência é uma fotoluminescência que cessa no mesmo instante que a acção das radiações excitadoras.Iluminação a OLEDs Fluorescência Fosforescência  Emprega-se o termo fosforescência quando ocorre emissão retardada de luz ou brilho residual. São substâncias fosforescentes os sulfatos alcalinos e alcalino-terrosos e o sulfato de zinco. Essa distinção, no entanto, é imprecisa, já que depende da acuidade do detector utilizado, seja ele o olho humano ou um aparelho. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 7
  8. 8. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  Diferentes tipos de Luminescência Fotoluminescência: é um processo no qual uma substância absorve fotões e, em seguida, re-irradia fotões. Eletroluminescência: fenómeno óptico e eléctrico durante o qual um material emite luz em resposta a uma corrente eléctrica que o atravessa, ou a um forte campo eléctrico Catodoluminescência: produzida por um bombardeio electrónico (utilizada no osciloscópio catódico. Quimioluminescência: que acompanha certas reacções químicas. Outros mecanismos  Radioluminescência: excitação por radiação (alfa, beta).  Sonoluminescência: excitação por som (colapso de uma bolha).Iluminação a OLEDs  Bioluminescência: excitação por actividades celulares.  Triboluminescência: excitação por quebra das ligações de um material. Na era da iluminação eléctrica, os mecanismos dominantes são a fotoluminescência e a electroluminiscência. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 8
  9. 9. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  Diferentes tipos de Luminescência  Fotoluminescência Fotoluminescência: parte da luz que incide na matéria reflecte-se e outra parte absorve- se. A luz irradiada por fotoluminescência tem, em regra, um comprimento de onda maior do que a luz que causou a luminescência, produzindo um dos dois tipos de fenómenos ópticos: fluorescência ou fosforescência. Fluorescência A espécie emissora está excitada por fotões de alta energia. FósforoIluminação a OLEDs Luz branca. Usa fósforos de terras-raras: E.g., Tb, Ce:LaPO4 , Eu:Y2 O3 Lâmpada Fluorescente Fosforescência. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 9
  10. 10. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  Diferentes tipos de Luminescência  Fotoluminescência Elementos de terras-rarasIluminação a OLEDs Terras Raras  As terras-raras são um grupo selecto de 17 elementos químicos de relativa abundância na crosta terrestre (com concentração variando entre 68ppm para o Cério e 0,5ppm para o Túlio e lutécio) considerados raros pela dificuldade da sua separação (já que ocorrem em vários minérios de composições distintas). Apenas o lantânio, que é muito instável, não é visto nestas terras – embora se classifique como tal. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 10
  11. 11. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  Diferentes tipos de Luminescência  Eletroluminescência Eletroluminescência: fenómeno óptico e eléctrico durante o qual um material emite luz em resposta a uma corrente eléctrica que o atravessa, ou a um forte campo eléctrico. LED de conversão a fósforo LED de junção PNIluminação a OLEDs LED de alto brilho actual Blue LED + yellow-green phosphor (Ce:Y3 Al5 O12 ) OLED 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 11
  12. 12. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  Diferentes tipos de Luminescência  Catodoluminescência: A catodoluminescência:ocorre quando a energia excitadora provém dos Electrões (bombardeamento de electrões). Nesta técnica utiliza-se um cátodo de uma válvula Electrónica ou de um rectificador de vazio que, ao ser aquecido pela passagem de uma corrente eléctrica, é excitado emitindo Electrões. Os cátodos incandescentes são geralmente tubos de metal revestidos com óxido de bário e são conduzidos à incandescência através de um filamento resistivo localizado no seu interior.Iluminação a OLEDs RGB phosphors: Y2 O2 S:Eu+Fe2 O3 ZnS:Cu,Al ZnS:Ag+Co-on-Al2 O3 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 12
  13. 13. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  Diferentes tipos de Luminescência  Quimioluminescência: Quimioluminescência: é a emissão de luz, não acompanhada da emissão de calor, em consequência de uma reacção química.  Bioluminescência: Bioluminescência: é o processo de emissão de luz fria e visível por organismos vivos com função de comunicação biológica. A produção da luminescência ocorre por meio de uma reacção química altamente exotérmica em que a oxidação de uma molécula orgânicaIluminação a OLEDs chamada de luciferina libera energia na forma de luz visível. Essa reacção é catalisada por enzimas com alto ΦQL chamadas de luciferases. Trata-se de uma forma de ocorrência natural de quimioluminescência, em que a energia resultante de uma reacção química é lançada sob a forma de emissão de luz. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 13
  14. 14. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!..... Eficiência OLED: Eficiência fotoluminescente quântica (ηPL) A eficiência quântica foto luminescente (ηPL) é uma propriedade de um material luminescente e é o # de fotões emitidos / # fotões absorvidos. Pode ser determinada pelo produto da eficiência de foto excitação(γPL) e a razão entre índices radiativos (kR) e não-radiativos (kNR) ou seja a emissão pelas excitações geradas (equação 1). Também pode ser definida como uma função do tempo de vida de luminescência (τPL) e a chamada vida radiativa natural (τR) (tempo de vida de luminescência, na ausência de decaimento não-radiativos). PL eficiência quântica de uma nova substância (amostra)(ηPL(S)) pode ser determinada através da medição da sua região de emissão, absorção óptica, e índice de refracção, seguido de comparação dos dados com a de um composto de referência (ηPL(R)) com eficiência quântica conhecida PL(equação 2).  AS e AR = Áreas como uma emissão fracção do ΚR  PL comprimento de onda de uma substância de  PL   PL .   PL .Iluminação a OLEDs amostra e um composto de referência correspondente. K R  K NR R  aS e aR = Absorção óptica de uma substância de AS  R n S amostra e um composto de referência  PL ( S )   PL ( R ) . correspondente. . .  nS e nR = Índices de refracção de uma substância AR  S n R de amostra e um composto de referência correspondente. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 14
  15. 15. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!..... Eficiência OLED: Eficiência Electroluminescente quântica (ηEL) A Eficiência quântica eletroluminescente (ηEL) subdivide-se em Eficiência quântica interna (ηELint) e Eficiência quântica externa (ηELext). Enquanto que a primeira é normalmente propriedade do material, a segunda é uma propriedade do dispositivo electroluminescente posterior, normalmente um LED ou OLED.  EL int   EL  r  PL  EL ext    EL r  PL hv  EL ext    EL b IIluminação a OLEDs eU ηELint = Internal quantum efficiency of electroluminescence. ηELext = External quantum efficiency of electroluminescence. γEL = Electroexcitation efficiency. ηr = Efficiency (probability) of the formation of singlet excitons. ηPL = PL quantum efficiency of a material. α = Light output coupling factor = 1/(2n2), where n = refractive index. bI = carrier balance in the emission layer. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 15
  16. 16. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!..... A iluminação é um dos factores de maior relevância no que toca ao consumo de energia eléctrica…Cerca de 25% da electricidade, é consumida em iluminação doméstica/industrial/Pública…Iluminação a OLEDs 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 16
  17. 17. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!..... % da Energia eléctrica Sectores Sector Residencial dedicada á iluminação Refrigeração Outros 5% Electrodomésticos Informática 3% Escritórios 50% 5% 1% Cozinha Aquecimento Hospitais 20-30% 36% 10% Industria 15% Iluminação 13% ACS Escolas 10-15% 27% Comércio 15-70% Sector Terciário Hotéis 25-50% Iluminação Outros 25% 21% Residencial 10-15%Iluminação a OLEDs Sector Industrial 2009: http://www.energylab.es ACS 11% Iluminação Refrigeração Aquecimento 15% 19% 36% Outros 85% Para um desenvolvimento sustentável e em paz com o meio ambiente, há que diminuir estas percentagens por meios mais eficientes e sem materiais tóxicos, e recicláveis… 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 17
  18. 18. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  Se fosse possível converter completamente a energia eléctrica em radiação com um comprimento de onda ao qual a vista é sensível de modo óptimo, resultaria um rendimento luminoso de 680 lm/W.  A lâmpada de vapor de sódio de baixa pressão que emite luz num comprimento de onda próximo, permitiria um máximo possível de rendimento de 520 lm/W. Se pretendermos que consiga um índice de restituição de cores óptimo (CRI), pode obter-se 230 lm/W, no caso da conversão total da energia eléctrica em radiação.  Nos melhores casos consegue atingir-se aproximadamente 40% do valor teórico máximo, sendo os restantes 60% dispendidos essencialmente em calor.. Nos LEDs, em experiências de laboratório, conseguem-se actualmente cerca de 189 lm/w, embora comercialmente ande por volta dos 100 a 130 lm/w, pelo que aindaIluminação a OLEDs há muito campo de investigação pela frente….  Quanto aos OLEDs, numa fase de produção e abertura no mercado de TVs e Monitores, para 2013, estão também a sair da fase experimental, iniciando-se a comercialização a partir de 2013 para o ramo de iluminação, ainda com um rendimento, relativamente baixo, (100 lm/w) mas dadas as características dos OLEDs e as investigações em curso, são consideradas muito promissoras… 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 18
  19. 19. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  A evolução na iluminação 1ª Geração 2ª Geração 3ª Geração 4ª GeraçãoIluminação a OLEDs 4ª- Geração: SSL: Solid state Light. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 19
  20. 20. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!..... As CFLs são uma opção transitória para o ambiente!... O futuro serão LEDs/OLEDs!...Iluminação a OLEDs  ≠ Diodos emissores de luz (LEDs) são dispositivos electrónicos que produzem luz em sólidos inorgânicos (LED) ou materiais orgânicos (OLEDs) por meio de Eletroluminescência sob a acção de corrente eléctrica ou campo eléctrico. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 20
  21. 21. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  Sólid State Lighting (SSL)  Iluminação de estado sólido é cada vez mais usada numa grande variedade de aplicações de iluminação, pois oferece muitos benefícios, tais como:  Longa Duração - Os LED/OLEDs podem fornecer 50.000 horas ou mais de vida, o que pode reduzir os custos de manutenção. Em comparação, uma lâmpada incandescente que dura aproximadamente 1.000 horas.  Economia de energia - os melhores LEDs brancos comerciais usados em sistemas de iluminação, fornecem três vezes mais eficácia luminosa (lúmenes por watt) do que a iluminação incandescente. LED/OLEDsIluminação a OLEDs coloridos são especialmente vantajosos para aplicações de iluminação de cor, porque os filtros não são necessários.  Melhor qualidade de luz – LED/OLEDs têm uma radiação ultravioleta e infravermelha mínima.  Intrinsecamente seguro – Os sistemas LED/OLED são de baixa tensão e geralmente frio ao toque . 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 21
  22. 22. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Iluminação!.....  Sólid State Lighting (SSL) (Cont.)  Candeeiros menores, flexíveis - O pequeno tamanho de LED/OLEDs torna útil para a iluminação de espaços apertados e para a criação de aplicativos exclusivos.  Durável – Os LED/OLEDs não têm nenhum filamento para quebrar e podem resistir a vibrações. No caso de OLEDs pode ser flexíveis, transparentes e multicolores numa só aplicação . Os Sistemas de iluminação LED já provaram ser muito eficazes em aplicações de indicadores em que a visibilidade, brilho e longa duração, são importantes, como em sinais de saída e sinais de trânsito.Iluminação a OLEDs  Novos usos para LED/OLEDs no mercado de iluminação geral incluem iluminação de pequenas áreas, iluminação de estantes, iluminação decorativa, caminhos e marcação, de passagens, e parques de estacionamento, iluminação pública da área etc., Á medida que os LED/OLEDs brancos se tornarem mais eficazes, mais aplicações de iluminação geral, talvez com paredes inteiras e tectos e janelas, tornando- se parte do sistema de iluminação. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 22
  23. 23. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Displays..... Organic Light Emitting Diodes ou diodo orgânico emissor de luz é uma tecnologia criada pela – Organic Light-Emitting Diode:Iluminação a OLEDs Kodak em 1980 e que promete monitores planos muito mais finos, leves e baratos que os actuais ecrãs de LCD. A ideia é usar diodos orgânicos, compostos por moléculas de carbono que emitem luz ao receberem uma carga eléctrica (electroluminiscência). A vantagem é que ao contrário dos diodos tradicionais, essas moléculas podem ser directamente aplicadas sobre a superfície duma tela, usando um método de impressão. Acrescentados os filamentos metálicos que conduzem os impulsos eléctricos a cada célula, está pronta uma tela a um custo extremamente baixo!...  Neste trabalho vamos estudar a aplicabilidade dos OLEDs em displays e em iluminação, isto é, como fontes luminosas!... 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 23
  24. 24. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Displays..... Organic Light Emitting Diodes  OLED é um dispositivo electrónico conseguido pela colocação de uma série de películas orgânicas entre dois condutores. Quando a corrente eléctrica é aplicada, uma luz brilhante é emitida.  Um dispositivo de espessura de 100 a 500 manómetros, isto é cerca de 200 vezes mais fino que um cabelo humano.Iluminação a OLEDs 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 24
  25. 25. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Displays..... Organic Light Emitting Diodes  OLED é um dispositivo electrónico conseguido pela colocação de uma série de películas orgânicas entre dois condutores. Quando a corrente eléctrica é aplicada, uma luz brilhante é emitida.  Um dispositivo de espessura de 100 a 500 manómetros, isto é cerca de 200 vezes mais fino que um cabelo humano. Possibilidade de substratos de grande área e flexíveis Grande variedade de Materiais. Baixo custo.  OLEDs não são apenas finos e eficientes - que também podem ser flexíveis (até enroláveis) e transparentes.Iluminação a OLEDs 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 25
  26. 26. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs Organic Light Emitting Diodes - OLEDs • Física similar aos LEDs, mas:  Não cristalino.  Não dopagem; usa cátodo / ânodo para fornecer as cargas necessárias. Produção de luz por excitação de >Fluorescência / fosforescência . • Vantagens de fabrico  Materiais macios - muito maleáveis.  Fácil sobreposição (crescimento).  Camadas muito finas. • Muitos materiais para escolher  Facilmente manipuláveis para: Para aumentar a eficiência.Iluminação a OLEDs Para gerar as cores desejadas Para reduzir o custo. • Materiais versáteis para a tecnologias do futuro. Os OLEDs são feitos de materiais orgânicos (à base de carbono), que emitem luz quando percorridos por corrente eléctrica. Como os OLEDs não precisam de luz de fundo e filtros (ao contrário de telas LCD), eles são mais eficientes, mais simples de fazer, e muito mais finos. OLEDs têm uma grande qualidade de imagem - cores brilhantes, taxa de resposta rápida e amplo ângulo de visão. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 26
  27. 27. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs História dos OLEDs A ocorrência de electroluminiscência em materiais orgânicos é conhecida desde os anos de1950s, mas tem sido um longo caminho para desenvolver aplicações práticas, devido a problemas de intensidade, de luminescência, eficiência e vida útil. O seu desenvolvimento ficou parado por alguns tempos, até que o em 1982 o Dr. Tang, trabalhando na Eastman-Kodak, fez seus avanços tecnológicos. O Dr. Tang e sua equipa conseguiram produzir uma luz de alta intensidade, por vários minutos, pela aplicação de uma tensão num dispositivo formado por películas de materiais orgânicos, sobre um eléctrodo. A década de 1990 viu o desenvolvimento de uma série de tecnologias básicas que avançaram os OLEDs. Polímeros emissores de luz (P-OLED), as tecnologiasIluminação a OLEDs foram desenvolvidas na Universidade de Cambridge em 1990. Em 1993, o professor Junji Kido da Universidade de Yamagata, desenvolveu o primeiro painel OLED branco do mundo. Em 1996 , a TDK desenvolveu Matriz Activa AMOLED. Cambridge Display Technology (CDT), uma empresa de risco, estabeleceu, como resultado da investigação da Universidade de Cambridge, continuar a desenvolver P-OLEDs. Em 1999, a Pioneer lançou produtos com incorporação de Matriz Passiva - PMOLEDs. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 27
  28. 28. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs História dos OLEDs (Cont.) Na primeira década do século 21, as empresas japonesas lideraram esforços para comercializar OLEDs. Em 2001, a NEC desenvolveu um aparelho FOMA utilizando um display de OLEDs. Em 2003 a Kodak e Mitsubishi Electric apresentaram câmaras digitais com Displays OLED. Em 2007, a Sony começou a produzir aparelhos de TV com Displays OLED. A partir da segunda metade da década passada, os fabricantes sul-coreanos e outros têm vindo a fazer avanços na fabricação de produtos práticos e comerciais OLED. A Samsung começou a produção em larga escala de pequenos painéis OLED através da subsidiária Samsung Mobile Display, para telas OLED.Iluminação a OLEDs Em 2013, a Samsung prevê começar a comercialização em larga escala de aparelho de TV OLED. Em 2013, várias empresas prevêem começar a comercialização em escala de dispositivos de iluminação OLED… 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 28
  29. 29. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs História dos OLEDsIluminação a OLEDs 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 29
  30. 30. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLED: Endereçamento a dois Mercados Displays Desempenho de imagem. A poupança de energia. A tecnologia LCD.Iluminação a OLEDs Grande área. Iluminação Novo design. Fino, flexível. Poupança de energia. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 30
  31. 31. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs Organic Light Emitting Diodes OLED!... De pequenas Moléculas Metal do Camada(s) Cátodo Orgânica(s) ITO AL-contacto (-) Cátodo Camada transporte electrões Camada bloqueio lacunas Camada(s) Emissora(s)Iluminação a OLEDs Vidro Camada bloqueio electrões Luz Camada transporte lacunas Espessura das Camadas: ITO-contacto (+) Ânodo 100 – 200 nm Vidro 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 31
  32. 32. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs Organic Light Emitting Diodes  Tipos de OLEDs  SMOLED: Small Molecule Organic Light Emitting Diode (Kodak). Estrutura Básica Metal Cátodo  OLED: Organic Light Emitting Diode/Device/Display  AMOLED: Active Matrix OLED. ETL- Camada  PMOLED: Passive Matrix OLED. transporte electrões  TOLED: Transparent OLED Emissores  PhOLED :Phosphorescent OLED. Orgânicos  FOLED: Flexible OLED. HTL- CamadaIluminação a OLEDs transporte buracos  WOLED :White OLED.  SOLED: Stacked OLED. Ânodo (ITO)  P-OLED: Polymer Organic Light Emitting Diode (CDT). Substrato  RCOLED: Resonant Coloe Organic Light Emitting Diode. (Vidro)  Embora as pequenas moléculas emitam luz brilhante, os cientistas tiveram de depositá-las sobre os substratos no vácuo (processo de fabricação chamado de deposição a vácuo. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 32
  33. 33. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Estrutura Básica  O OLED consiste de três camadas orgânicas ensanduichadas entre os eléctrodos. As camadas orgânicas adjacentes ao cátodo e ao ânodo, que são a camada de transporte de electrões (ETL) e da camada de transporte do ―buracos ou lacunas‖ (HTL), respectivamente. Camada emissiva (EML) geralmente consiste em emissores de luz ou dopantes corantes dispersos num material hospedeiro adequado (muitas vezes o mesmo material da HTL ou da ETL). Cátodo - Metal ETL 2 a 10V Emissores Orgânicos (EML)Iluminação a OLEDs HTL ITO - Ânodo Vidro - Subtracto ETL - Electrons Transport Layer. Saída de Luz HIL - Electrons Transport Layer. EML - Emissive Layer. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 33
  34. 34. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Produção de Luz Cátodo Cátodo Cátodo Ânodo  A corrente eléctrica circula do cátodo para o ânodo através da camada orgânica, dando electrões para a camada emissora e removendo da camada condutora.Iluminação a OLEDs Electrão Luz - Fotão  Removendo electrões da camada condutora, deixa buracos que precisam de ser preenchidos com  Os buracos saltam para a camada emissora e recombinam-se com os electrões na camada electrões. Assim que os electrões caiem emissora. nos buracos, libertam energia extra sob a forma de luz (fotão). 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 34
  35. 35. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Produção de Luz Os OLEDs funcionam com materiais orgânicos (pequenas moléculas), que emitem luz quando percorridos por corrente eléctrica. Electrões injectados pelo cátodo. Buracos ou lacunas injectados de ânodo. Transporte e recombinação activa de pares Electrão/Lacuna. Electrões (-) LUMO (Banda de condução)Iluminação a OLEDs ΔE=h/ (λc) ―Buracos‖(+) HOMO (Banda de valência) Camada Emissiva 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 35
  36. 36. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Estrutura Funcional Cátodo 150 nm Cátodos EIL ETL Camadas EML Orgânicas HTL Ânodo transparente HIL Substrato de vidro Camadas Ânodo (ITO) Orgânicas Substrato OLED: Diagrama de energia LUMOIluminação a OLEDs e e e Substrato transparente ITO HIL HTL EML ETL EIL Cátodo Luz b b b HOMO 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 36
  37. 37. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Com encapsulamento. Substratos: Camadas depositadas a vácuo Encapsulamento:Iluminação a OLEDs Ligação - Contacto Vidro Exterior Passivação Metal - Cátodo Dessecante Metalização Camadas Orgânicas Cola ITO Substrato - Vidro 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 37
  38. 38. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Produção de LuzIluminação a OLEDs 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 38
  39. 39. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Estrutura de funcionamento Cátodo ETL EML HTLIluminação a OLEDs Ânodo Substrato ETL: Electron transport layer. EML: Emissive layer. HTL: Hole transport layer.  HIL: Hole injection layer. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 39
  40. 40. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Gupos de OLEDs PMOLED AMOLED OLED lighting Emissor Orgânico hv OVPD ( Metal & Organics) Gate - Linhas Data - Colunas Camadas Orgânicas Condensador Ânodo ITO (500-3000Å) (storage) Cátodo (~200FÅ) Vidro (.4 – 1t) (~2000Å) hv Thin Film Transistor Cátodo Emissor Orgânico Emissor OrgânicoIluminação a OLEDs Separação Poly –Si TFT OLED Array ITO Pixel Pixel Cátodo Corte Secção A Cátodo Multicamadas Orgânicas Ânodo Pixel Área TFT A Organics Isolador (PR/PI) SideWall – PR Cathode separator Cátodo Supply line ITO hv Cathode metal Signal line Contacto stripe (thin film) ITO/Cátodo Organics LUZ 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 40
  41. 41. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Estruturas Bottom/Top Bottom Emission OLED Top Emission OLED Estrutura multi-reflectora Alto nível de brilho Alto nível de cor (gama) Alto nível de brilho Vidro/Circuitos Vidro/Circuitos Cátodo Eléctrodo de Metal Cátodo Transparente Camadas Camadas Orgânicas OrgânicasIluminação a OLEDs Ânodo -Transparente Ânodo -Eléctrodo de Metal Vidro/Circuitos Vidro/Circuitos A emissão passa através dos eléctrodos espaçadores, ligações TFTs, com ângulo de abertura limitado. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 41
  42. 42. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Materiais -Pequenas Moléculas electroluminiscentes Materiais de transporte buracos (lacunas) Metal-ftalocianinas. Arilaminas, aminas de erupção. Materiais de transporte electrões  Provavelmente o material mais importante nos OLEDs é Alq3. - Não só é um material emissivo, como éIluminação a OLEDs também transportador de electrões.  O Material de transporte de electrões mais Aluminum oxinate recente é o ADN. Alq3: Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium, Al(C9H6NO)3 Processados e depositados por evaporação térmica no vácuo. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 42
  43. 43. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Materiais -Pequenas Moléculas electroluminiscentes Pequenas Moléculas Emissivas Quilato de Metal, distyrylbenzene. Rubrene Rubrene (5,6,11,12-tetraphenylnaphthacene) Corantes fluorescentes. Green: Alq3 Blue: Distyrylarylenes Aluminum oxinate Red: Rubrene Alq3: Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium, Al(C9H6NO)3 Distyrylarylen Corantes distyrylarylenes: 4,4’-bis(2,2’-diphenylvinyl)- e Usados para afinação de cor e estabilização. 1,1’-biphenyl (DPVBi) Rubrene: é usado para dopar Alq3 paraIluminação a OLEDs emissão amarelo. DCM II São usados para dopar Alq3 para DCJTB emissão vermelho. C545: é usado para estabilização da cor verde. Perlene Perlene: é usado para estabilização da cor C545 azul. http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/summary/summary.cgi?sid=24868131 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 43
  44. 44. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Materiais - Eléctrodos Cátodo: Ânodo: Ca: 2.9 eV Indium-tin-oxide (ITO): 4.5-5.1 eV Mg: 3.7 eV Au: 5.1 eV Al: 4.3 eV Pt: 5.7 eV Ag: 4.3 eV Mg : Al alloys Ca : Al Alloys EIL, ETL: n-type materials HIL, HTL: p-type materials Alq3, PBD NPB, TPDIluminação a OLEDs EML: Fluorescent dye DCM2 Phosphorescent dye PtOEP, Ir(ppy)3 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 44
  45. 45. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Dopagens C545 PerleneIluminação a OLEDs Anfitrião + dopante 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 45
  46. 46. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs Material Molecular Emissor de Luz A cor da emissão depende do semicondutor orgânicoIluminação a OLEDs 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 46
  47. 47. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs Material Molecular Emissor de Luz A Estrutura Molecular determina a Cor Fosforescentes Azul Verde Vermelho Fluorescentes PolímerosIluminação a OLEDs Moléculas de fraca interacção, significam que a fotofísica da película é controlada pela estrutura molecular como bloco de construção fundamental. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 47
  48. 48. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Matriz Activa - AMOLED LuzIluminação a OLEDs Tem um TFT de comutação em cada pixel. Pixel seleccionado permanece ligado até ao próximo ciclo de actualização (pixéis são comutados e brilhar continuamente). Cátodo comum. Número ilimitado de linhas de endereço. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 48
  49. 49. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Matriz Activa - AMOLEDIluminação a OLEDs 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 49
  50. 50. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Matriz Activa - AMOLED CátodoIluminação a OLEDs Matriz TFTs Camadas Orgânicas Ânodo Camadas completas de cátodo, ânodo, e moléculas orgânicas. Matriz de TFTs sobre o ânodo. circuito interno para determinar quais pixéis devem ligar / desligar. Consome menos energia que os PMOLEDs. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 50
  51. 51. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Matriz Passiva - PMOLED Saída Corrente Saída Corrente Saída Corrente Saída CorrenteIluminação a OLEDs Saída Corrente Saída Corrente Varredura multiplexada linha a linha. Courtesy of Philips Electronics A taxa de duração de abordagem é de 1/mux. Luminância do Pixel pulsado = mux pela luminância média. • Se 64 linhas, então a luminância do pixel será de 6400 Cd/m2 (nits) para uma média de 100 Cd/m2. Número limitado de linhas de endereço HomerAntoniadisl OLED ProductDevelopmentl - OSRAM 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 51
  52. 52. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Matriz Passiva - PMOLED Cátodo ÂnodoIluminação a OLEDs Camadas Orgânicas A camada orgânica está entre tiras de cátodo e ânodo. - Funcionamento perpendicular. A luz é emitida na intersecção (pixéis). Fácil de fabricar, mas maior consumo de energia. Circuito externo activa pixéis ON/OFF. Usado em telas de 1-3 polegadas e displays alfanuméricos. Actualmente ultrapassado e pouco usado. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 52
  53. 53. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs : Matriz Passiva vs Matriz Activa PMOLED vs AMOLED Cada pixel está ―ON‖ durante um Requer padronização cátodo. ciclo completo de varrimento (não - Impulsos de corrente elevada. por impulsos como nos PMOLED). Número de linhas limitado a <240. -Melhor estabilidade de operação - Pixel em curto resulta em cross-talk ou Podem resultar pequenos defeitos linha defeituosa. nos pixéis apagados. circuitos da Problemas significativos de capacitância. AM impedem o cross-talk.Iluminação a OLEDs -Estrutura / fabricação simples. -Menores impulsos de corrente e menores capacitâncias permitem Custo de fabrico/mercado muito mais telas muito maiores. baixos comparados com AMOLEDs. Não-uniformidades nos backplanes LTPS resultam em não- uniformidades nas telas. -Elevado custo de produção Low temperature polycrystalline silicon (LTPS) associado com o substrato AM. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 53
  54. 54. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Top-Emiting OLED - TOLED Contrariamente á estrutura convencional de um OLED , os top-emitting OLEDs podem ser fabricados tanto com substratos transparentes como com substratos opacos. Uma importante aplicação de dispositivos com esta estrutura é a integração monolítica com TFTs de silício policristalino ou amorfo, usados nos displays de matrizes activas. A estrutura do ―top emitting OLED‖ aumenta essa flexibilidade de integração. Podem ser usados em displays em ―Smart Cards‖ e Aplicações de fibras ópticas. Cátodo CamadaIluminação a OLEDs Emissora Camada Condutora Substrato não transparente ou reflector. Cátodo transparente. Usado com dispositivo de matriz activa. Substrato Ânodo opaco Smart-Cards displays. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 54
  55. 55. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Transparent OLED - TOLED A tecnologia permite TOLED três Cátodo e ânodo de substrato transparente. características fundamentais que têm o  Emissão de luz Bidireccional. potencial de criar uma série de oportunidades Matriz passiva ou activa. de novos produtos. Para displays de pára-brisas. Transparência. Para telas de projecção transparente. Emissão de topo. Para óculos. Empilhamento (Stacking). CátodoIluminação a OLEDs Camada Emissor Camada a Condutora Ânodo Substrato transparente 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 55
  56. 56. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Transparent OLED - TOLED O OLEDs Transparentes (até 85%) só têm componentes transparentes (substrato, cátodo e ânodo) e, quando desligados, são transparentes até 85%. Quando um display de OLEDs transparente é ligado, difunde luz em ambas as direcções. Podem ter matrizes activas ou passivas. Esta tecnologia pode ter aplicações em displays de capacetes, óculos, para-brisas auto…Iluminação a OLEDs  A tecnologia TOLED ® baseia-se num contacto proprietário de topo, ou cátodo, que é opticamente transparente. Num OLED típico, o contacto com o fundo, ou do ânodo, é constituído por uma película transparente de óxido de metal e o contacto de topo é constituído por um metal reflector. Como resultado, quando a luz é gerada pelo OLED, é emitida através da superfície de fundo transparente. Os TOLEDs usam um cátodo superior, opticamente transparente, ou seja, os contactos superior e inferior permitem a transmissão de luz. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 56
  57. 57. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Transparent OLED - TOLED Eléctrodos transparentes Emissão nos dois Lados TOLEDIluminação a OLEDs 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 57
  58. 58. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDsIluminação a OLEDs Aplicações TOLED 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 58
  59. 59. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Stacking OLED - SOLED SOLED, (stacked organic light-emitting device) é uma tecnologia recente LUZ de displays, da Universal Display Corporation (UDC), que utiliza uma pilha de emissores orgânicos de luz transparentes (dispositivos TOLEDs), para melhorar a resolução e melhorar a qualidade das cores. Os SOLEDs usam uma arquitectura de pixel desenvolvida na Encapsulador UDC que empilha subpixéis (com os elementos vermelho, azul e Cátodo verde) em cada pixel, na vertical, em vez de organizá-los lado a lado, como normalmente é feito. 3RGB (Stack)Iluminação a OLEDs SOLEDs também oferecem vantagens potenciais, como demonstrado através de pesquisa recente, para painéis brancos Grade de iluminação, de alta eficiência OLED. Com os SOLEDs, a Ânodo emissão de branco pode ser facilmente ajustada de iluminação branca quente/fria (warm/cool) com um comando de ajuste. TFTs (Passivation) SOLEDs também detêm o mais alto valor de emissão luz e a TFTs melhor eficiência energética (100 l/w). Substrato 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 59
  60. 60. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Flexible OLED - FOLED Na tecnologia de displays, FOLED (dispositivo emissor de luz orgânico flexível) é um dispositivo emissor de luz orgânico (OLED), construído num material de base flexível, tal como uma película de plástico transparente ou folha de metal reflector, em vez da base de vidro usual. O display FOLED pode ser enrolado, dobrado ou usado como parte de um computador enrolável. Os dispositivos são mais leves, mais duráveis ​e menos caros de produzir do que as tradicionais alternativas à base de vidro, e a sua produção em massa está prevista para 2013 (Samsung). Plástico Tântalo (O5) Ouro Camadas Orgânicas AlumínioIluminação a OLEDs Transparent  A tecnologia FOLED pode ser usada para realizar protective film fontes de luz e telas flexíveis. Os principais desafios OLED são a realização de eléctrodos flexíveis e transparentes, bem como a encapsulação em relação ao ar e ao vapor de água. Actualmente, investigam- se processos de encapsulamento de OLEDs em folhas de polímeros flexíveis, empregando a Protective film deposição de polímeros através de fase gasosa. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 60
  61. 61. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Flexible OLED - FOLED Folha metálica flexível ou de substrato de plástico leve e durável. Mais fino e leve. Robustez. Formável. Mais durável e resistente, ao impacto. Displays inquebráveis. Vestuário OLED. A tecnologia FOLED oferece novas características e desempenhos, que podem permitir uma variedade deIluminação a OLEDs oportunidades de novos produtos em displays, iluminação e outros… Screen Printing Roll Printing Digital Printing 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 61
  62. 62. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs Oportunidade para substratos de plástico Barrier Plastic Film Flex.Display Digital Paper Lighting Solar Cell (PV) -OLED -E-paper -General lighting -Thin Film PV -LCD -Postage -Back lightingIluminação a OLEDs 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 62
  63. 63. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Flexible OLED - FOLED Substrato de plástico flexível: Ecrã flexível enrolável kodakIluminação a OLEDs dupont Displays em plástico Vantagens Polímero (plástico) Comparado ao substrato de vidro Mais robusto. Desvantagens Menor peso. Processamento a baixas temperaturas. Mais compacto. Baixa estabilidade térmica. Flexível. Rugosidade superficial. Conformável. Susceptíveis aos produtos químicos. Compatível com processo roll-to-roll 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 63
  64. 64. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Phosphorescent OLED - PHOLED O OLED fosforescente - PHOLED é o OLED que tem até quatro vezes maior eficiência do Cátodo que um OLED fluorescente convencional. ETL A tecnologia PHOLED foi originalmente Camada de desenvolvida como uma tecnologia de bloqueio (BL) display para uso em telefones EML móveis, e para aplicações gerais de (Host and Pholed emitter) iluminação. HTL Fontes iluminação, baseadas em PHOLED HIL tais como paredes brilhantes, são esperadasIluminação a OLEDs para oferecer alternativas económicas e Ânodo energeticamente eficientes para iluminação habitacional, industrial e arquitectural. Substrato Consumindo menos energia do que os LCDs combinado com as cores intensas da tecnologia OLED, PHOLEDs estão permitindo aos OLEDs LUZ para se tornar a tecnologia de displays dominante no século 21. 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 64
  65. 65. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Stacking OLED - SOLED Dentro de um visor de SOLEDs, cada sub-elemento de pixel pode ser controlado de forma independente. 50μm - 1cm VT A cor do pixel pode ser ajustada através da variação das correntes através dos VM três elementos de cor e a escala de 1μm cinza pode ser ajustada por modulação Top de largura de impulso (PWM). OLED VB Middle O brilho é controlado pela manipulação da TOLED corrente através da pilha. De acordo com a Bottom UDC, a sua tecnologia de SOLED permite TOLEDIluminação a OLEDs uma melhoria de três vezes na resolução e melhor qualidade de cor sobre monitores CRT e LCD. A empresa espera que SOLEDs possam no futuro permitir dispositivos de alta resolução na Web … 3 Full Color SOLED Pixels  Mas ao empilhar OLED aparecem efeitos Color Tunable OLED Color Tunable OLED Color Tunable OLED indesejáveis que alteram a cor (cavidades ressonantes), mas que podem ser diminuídas se se controlar devidamente a espessura do pixel… 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 65
  66. 66. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs OLEDs: Phosphorescent OLED - PHOLED Nos anos recentes, a tecnologia OLED tem evoluído tanto, que chegámos ao ponto de antever que os OLEDs serão a próxima fonte de iluminação do estado sólido além das futuras aplicações em displays flexíveis a cores. OLEDs são uma nova e atractiva classe de fontes de iluminação no estado sólido, que irão abrir novas aplicações na vasta área que é a iluminação. Os OLEDs podem ser fontes de iluminação flexíveis, com cor controlável pelo utilizador e grande economia de energia. ―Em 2008 previa-se uma durabilidade de 10.000 horas e uma eficiência de 50 lúmenes por Watt.. já vai em 100 l/w….‖Iluminação a OLEDs 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 66
  67. 67. Aplicações OLEDS -Solid State Lighting (SSL)/Displays Caracterização dos OLEDs Substrato OLEDs: White OLED - WOLED Ânodo O OLED branco tem o potencial de atingir mais de 150 lm / W em iluminação. Nos últimos anos, têm-se feito grande progressos em direcção a esse objectivo. 1-3 Camadas Em Junho de 2008 alcançou-se um marco Orgânicas importante de investigação de 102 lm / W em laboratório. Cátodo O trabalho recente tem-se concentrado emIluminação a OLEDs converter esses resultados de pequenos "pixéis" para a dimensão comercial. Para este fim, foi demonstrado recentemente um painel de 15 cm x 15 cm com eficácia de potência de> 60 lm / W. LUZ UniversalWOLED™ white OLED 01-12-2012 Por : Luís Timóteo 67

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