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Los bombillos de la actualidad dentro de poco serán piezas de museo

27/01/2011 01:13 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

La luz significa vida, y para los seres humanos es tan importante como el aire fresco y el agua limpia

Los diodos orgánicos luminosos, OLED por sus siglas en inglés, están llamados a iluminar en el futuro salas de estar e incluso fachadas enteras de edificios, pues este sistema de iluminación plano y de tamaño minúsculo permite realizar diseños lumínicos totalmente novedosos. Los investigadores de Bayer MaterialScience contribuyen, con sus plásticos innovadores, a que las lámparas del futuro puedan emitir una luz de gran claridad y eficiencia energética. Una lámina extremadamente delgada de Makrofol®, a base de policarbonato, les proporcionará una vida útil más larga.

La luz significa vida, y para los seres humanos es tan importante como el aire fresco y el agua limpia. Con el descubrimiento del fuego y la invención de la bombilla incandescente, el mundo no solo se hizo más luminoso, sino que a partir de estos hallazgos la humanidad experimentó un vertiginoso salto tecnológico. Y la siguiente generación de sistemas de iluminación ya se vislumbra en el horizonte: la luz del futuro se llama OLED. OLED es el acrónimo, a partir del inglés, de «diodos orgánicos emisores de luz», es decir, componentes formados por capas orgánicas ultra finas que emiten luz si se les aplica corriente eléctrica. Estos paneles de superficie emisora abren vías de diseño absolutamente novedosas: en el futuro quizá sea posible que la luz de las oficinas y las salas de estar de los hogares proceda de paneles de iluminación. Pero, además, se espera que con los nuevos diodos luminosos también lleguen a ser una realidad las cortinas y los revestimientos de las paredes luminosos, así como imágenes de televisión del tamaño de una habitación. Los diseñadores de muebles ya están soñando con equipar estanterías, armarios e incluso mesas con dicho sistema. Y estos diodos luminosos extrafinos pueden incluso integrarse como fuentes de luz transparente en las ventanas y en los espejos o convertir fachadas enteras de edificios en vallas publicitarias gigantescas.

Sustituir ocho mil millones de bombillas en todo el mundo

Sin embargo, aún queda camino por recorrer. Para empezar, las bombillas de toda la vida deberán reemplazarse por lámparas de bajo consumo. Según datos de la iniciativa Photonik, para 2020 deberán sustituirse aproximadamente ocho mil millones de bombillas incandescentes en todo el mundo. No obstante, las nuevas fuentes luminosas conllevan numerosas desventajas, como por ejemplo su contenido en mercurio, que dificulta su eliminación posterior.

Una buena alternativa serían los OLED, que irradian una amplia gama de longitudes de onda. El efecto resultante se asemeja en gran medida a la luz solar, de manera que resulta sumamente agradable y natural para nuestros ojos. En cuanto a la calidad de los colores y la luminancia, los nuevos paneles de superficie emisora presentan una combinación que permite iluminar la sala de estar con una luz agradable. No en vano, nuestro confort visual depende de diversos aspectos: por ejemplo del juego de luces y sombras, de la dirección de la luz y de la distribución de la claridad.

OLED: sándwich de luz multicolor en nanoformato

Aunque los expertos del sector esperan ya que en 2015 se alcancen cifras de negocio multimillonarias con las lámparas del futuro, su fabricación aún sigue siendo muy costosa: «Para que los OLED puedan ofrecerse a un precio asequible es necesario optimizar la tecnología de producción. Además, estamos intentando mejorar algunos componentes y materiales», afirma el Dr. Benjamin Krummacher, ingeniero y desarrollador de productos OLED en Osram en Ratisbona (Alemania).

Vistos de perfil, los diodos orgánicos luminosos recuerdan a un sándwich. Se componen de varias capas dispuestas entre dos electrodos: el ánodo, con carga positiva, y el cátodo, con carga negativa. El polo positivo está formado por una capa fina de un material cerámico, el óxido de indio y estaño, abreviado ITO. Este material cerámico conductor está colocado sobre una placa de vidrio, a través de la cual la luz pasa al exterior. El polo negativo está formado por una capa de aluminio. El corazón de los OLED lo conforma una delgada lámina compuesta por sustancias luminiscentes (moléculas orgánicas especiales) que se encarga de irradiar la luz. Tiene un grosor de apenas unos pocos cientos de nanómetros y se compone de tres capas de color diferente: las capas rojas, verdes y azules, los llamados sistemas emisores, se combinan de manera que los novedosos diodos luminosos emitan luz blanca. Si se le aplica corriente eléctrica, esta lámina se ilumina por sí misma. Combinando adecuadamente las tres capas se puede obtener la tonalidad de luz deseada mediante ajuste continuo.

Makrofol® saca a relucir lo mejor de los OLED

El cambio de dirección se debe a que la luz se propaga a diferentes velocidades en función del medio: «El vidrio y el aire tienen diferentes índices de refracción —explica Klaus Meyer, ingeniero y desarrollador de productos en el área de láminas funcionales de Bayer Material Science en Dormagen. Algo muy similar ocurre entre el agua y el aire. Si se sumerge un palo en un estanque, en la interfase el palo parece estar doblado, debido a que los dos medios tienen índices de refracción diferentes». Por tanto, cuando las moléculas orgánicas se iluminan en el interior de los OLED, los haces de luz se reflejan en la interfase entre la capa de vidrio y el aire y son devueltos al interior, con lo que una gran parte de la luz no logra salir del sistema.

Para poder explotar todo el potencial de los OLED, es necesario liberar a los haces de luz de su prisión de vidrio. «Pero resulta muy difícil encontrar otro material con las mismas excelentes características de barrera del vidrio», afirma el Dr. Pudleiner. Incluso Orbeos®, el primer panel de iluminación con tecnología OLED de Osram, precisa de este soporte transparente. La capa activa de los OLED tiene un grosor de 500 nanómetros, es decir, apenas mide una centésima parte del grosor de un cabello humano. «El resto es, por así decirlo, el envoltorio. Por lo tanto, si se pudiera prescindir de la capa de vidrio se podrían fabricar diodos orgánicos luminosos considerablemente más delgados », sostiene el Dr. Krummacher.

Por ese motivo, los expertos en OLED de Osram firmaron en mayo de 2008 un acuerdo de desarrollo con los investigadores de materiales de Bayer. Con ayuda de una lámina de Makrofol® extremadamente delgada, el Dr. Pudleiner y su equipo dirigen la luz de los diodos orgánicos en la dirección correcta.

A partir del policarbonato Makrolon® de Bayer han desarrollado una lámina especial que se adhiere a la capa de vidrio y prolonga el recorrido de la luz. De esta manera, esta novedosa capa de plástico evita que los rayos de luz sean absorbidos por los OLED. «Gracias a una lámina con un grosor de tan solo 300 micrómetros logramos que llegue más luz al exterior. El rendimiento lumínico se incrementa así hasta en un 60 por ciento», afirma el Dr. Pudleiner.

En lugar de una luminancia de 1000 candelas/m2, como venía siendo habitual hasta ahora, los nuevos OLED emiten 1600 candelas/m2, unidad con la que se mide lo que el ser humano percibe como claridad. El aumento en el rendimiento de los diodos orgánicos luminosos se debe a dos características que los investigadores de Bayer han incorporado a la lámina: por una parte, han estampado una estructura superficial especial en la capa de Makrofol®, creando montañas y valles de unos pocos micrómetros. Gracias a estas irregularidades, aunque se reflejen los haces de luz, la mayor parte de ellos se emiten hacia el exterior. Por otra parte, los expertos en materiales de Bayer han dotado asimismo a la lámina de policarbonato de los llamados aditivos de dispersión: partículas diminutas que también son transparentes, pero que incrementan el efecto dispersor de la lámina. Estas partículas juegan a una especie de pimpón con los haces de luz y se encargan de modificar continuamente el ángulo de reflexión hasta que una gran parte de la luz haya encontrado el camino hacia el exterior. «En este proceso es importante que los polímeros transparentes tengan un índice de refracción diferente para que los haces de luz también se desvíen de forma significativa», añade el Dr. Pudleiner.

OLED: sándwich de luz multicolor en nanoformato

La suma de ambos efectos no solo redunda en que los OLED proporcionen una iluminación más clara; la lámina mejora asimismo la percepción del color.

Makrofol® aumenta la eficiencia energética de los OLED

«Sin la lámina, según el ángulo de visión, cambia ligeramente el tono del color luminoso, un efecto óptico provocado por la estructura interna de los OLED. Con la lámina, la superficie de iluminación ofrece siempre la misma imagen homogénea desde cualquier ángulo de visión», señala el Dr. Krummacher.

La capa de Makrofol® contribuye a extraer más luz de los OLED, con lo que se incrementa la eficiencia energética, pues para obtener el mismo rendimiento lumínico requiere una corriente inferior, lo cual redunda en un menor consumo de energía eléctrica. Esto permite, asimismo, aumentar la vida útil de las moléculas orgánicas y con ello la del diodo luminoso íntegro. «La estabilidad de las sustancias emisoras depende en gran medida de la intensidad de la corriente y la tensión durante el funcionamiento», explica el Dr. Krummacher.

Al mismo tiempo, la resistente lámina de Makrofol® actúa como un excelente escudo de protección contra el astillado de las superficies emisoras de luz. Y los investigadores de Bayer ya están trabajando en la siguiente generación de láminas de extracción luminosa para OLED, para lo que quieren desarrollar una lámina aún más fina. En el laboratorio ya ha sido posible reducir la capa de Makrolon® a 100 micrómetros, es decir, una tercera parte del grosor actual. Pero la lámina denominada Makrofol® TP228 deberá cumplir otras funciones. «Con el fin de adaptar el diseño de un panel OLED cuando está apagado a los deseos de los clientes, la lámina se puede colorear o incorporar imágenes impresas en la totalidad o en parte de su superficie», dice el Dr. Pudleiner. Y gracias a la llamada función antipolvo, en el futuro tampoco podrá fijarse el polvo en la superficie. Por lo tanto, en los laboratorios de Bayer ya se ha empezado a forjar el futuro de la iluminación y el acreditado plástico Makrolon® de Bayer será el encargado de que la luz de las moléculas orgánicas brille en el futuro de forma más eficiente en términos de rendimiento y costos. Con vistas a ello, los expertos en OLED de Bayer MaterialScience y Osram siguen investigando conjuntamente para mejorar la eficacia de los procesos de producción, encontrar los materiales óptimos y poner a punto los paneles luminosos para el futuro.

«Más claros, más eficientes y más duraderos»

El Dr. Benjamin Krummacher es desarrollador de productos OLED de Osram en Ratisbona. El habla sobre los nuevos paneles de iluminación y los enfoques lumínicos futuros. ¿Cuándo va a reemplazar el diodo orgánico luminoso (OLED) a los LED actuales?

Ambas tecnologías tienen juntas el potencial de superar, por lo pronto, a las fuentes de luz existentes. Pero no compiten entre sí, pues cada una de ellas ofrece ventajas distintas, que se complementan y se pueden combinar a la perfección: el LED convence por ser una fuente puntual de luz clara. Por el contrario, el OLED es una superficie emisora de luz difusa. De esta manera abren vías de diseño totalmente novedosas; por ejemplo, cristales de ventanas que se iluminan en la oscuridad.

¿En qué medida pueden competir los OLED con las fuentes de luz habituales actualmente, tales como bombillas incandescentes y lámparas halógenas y de bajo consumo?

En comparación con la bombilla incandescente normal, cuya eficiencia es de 12 a 15 lúmenes (unidad del flujo luminoso) por vatio, los OLED presentan una eficiencia claramente superior. Con el primer diodo orgánico luminoso disponible comercialmente, el panel de iluminación Orbeos® de Osram, lanzado al mercado a finales de 2009, se pueden obtener flujos luminosos de aproximadamente 25 lúmenes por vatio.

Esta cifra es comparable con la de las lámparas halógenas actuales. En el laboratorio hemos diseñado ya OLED que son casi tres veces más eficientes. Nuestro objetivo actual es alcanzar un valor de 100 lúmenes por vatio.

¿Cuál es la principal ventaja de los OLED?

Además de por sus múltiples posibilidades de aplicación y diseño, los diodos orgánicos luminosos convencen sobre todo por su vida útil. Con unas 5000 horas, llegan casi a quintuplicar la vida útil de una bombilla incandescente. Pero incluso entonces los OLED siguen emitiendo luz, al menos con la mitad de la luminancia original, mientras que las bombillas simplemente se funden.

¿Cuáles son los mayores retos que debe encarar la nueva tecnología de iluminación?

Por el momento, los OLED aún son, por así decirlo, la «fórmula uno» de las fuentes de luz. En el camino hacia la comercialización —y por tanto hacia el mercado de masas— todavía hay que sortear algunos obstáculos: es necesario optimizar los materiales en cuanto a vida útil y eficiencia. No obstante, también hay que mejorar la cadena de procesos con el fin de reducir los costos de producción. Lo importante es que el mercado vaya arrancando. Además, las tecnologías de iluminación modernas plantean nuevos requisitos en los hogares y en la infraestructura eléctrica, pues cada vez se requieren tensiones más bajas.

Los LED y los OLED pueden funcionar con una baja tensión de entre tres y cuatro voltios. Por ese motivo, actualmente aún se necesitan estabilizadores adicionales que adapten la tensión de red, de aproximadamente 220 voltios, a estas fuentes de luz. También en este campo estamos intentando desarrollar nuevos estándares.


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