Un grupo de ingenieros y químicos Ingenieros de la Universidad de Montreal han logrado desarrollar un OLED fluorescente que es 300% más eficiente que los OLED existentes en su categoría, y que abre el camino para el desarrollo de innovadoras aplicaciones relacionadas con dispositivos como los teléfonos inteligentes y las pantallas de televisión que utilizan luz infrarroja cercana.
A diferencia de los diodos emisores de luz (LED) convencionales, que generan fotones utilizando cristales semiconductores perfectamente ensamblados, los OLED emiten luz mediante el uso de moléculas orgánicas compuesta de carbono, nitrógeno y oxígeno. Se trata de una tecnología que se encuentra bien establecida, con su uso generalizado en pantallas de móviles y televisores. Sin embargo, a pesar de su adopción por parte de la industria, todavía hay que superar importantes desafíos para impulsar esta tecnología.
Un ejemplo de estas limitaciones se encuentra en el hecho de los OLED azules se enfrentan a problemas de estabilidad, lo que provoca una degradación mucho más rápida de los mismos en comparación con sus homólogos verdes y rojos. En el otro lado del espectro, los OLEDs infrarrojos tienden a ser muy ineficientes; en lugar de emitir fotones en longitudes de ondas infrarrojas (creando así luz), las moléculas excitadas prefieren perder su energía a través de la vibración. El resultado es que la eficiencia de los OLED fluorescentes en el infrarrojo cercano (NIR) sigue siendo muy inferior a la de sus homólogos que contienen platino.
“A medida que la longitud de onda de la emisión se acerca al espacio infrarrojo, se hace mucho más difícil el desarrollo de emisores eficientes. Muy pocos materiales orgánicos emiten de forma eficiente en esta región infrarroja del espectro”, explica el profesor Stéphane Kéna-Cohen del Departamento de Física de Ingeniería de la Politécnica de Montreal.
Las bajas eficiencias en este gama espectral se debe principalmente a los bajos rendimientos cuánticos de los emisores fluorescentes NIR debido a la ley de gap energético y a la cosecha ineficiente de excitones tripletes. Los investigadores lograron encontrar una forma de reducir el desperdicio de energía de los OLED infrarrojos compuestos de moléculas puramente orgánicas, desarrollando dos nuevos compuestos orgánicos para crear este nuevo OLED. El nuevo emisor de infrarrojo cercano desarrollado se inspiró en una clase de moléculas que anteriormente se utilizaban para la obtención de imágenes biomédicas, lo que permite ahora diseñar un OLED totalmente orgánico con propiedades inigualables. Los resultados de la investigación fueron publicados recientemente en la revista científica “Advanced Functional Materials”.
Desarrollando OLED fluorescentes NIR eficientes
Cuando una molécula orgánica es excitada por una corriente eléctrica, se encuentra en uno de los dos estados cuánticos: singlete y triplete. Para la mayoría de las moléculas orgánicas, sólo el estado singlete producirá luz útil. Para que los tripletes generen fotones de manera eficiente, es necesario introducir átomos de metales pesados dentro de la estructura molecular, aumentando el coste de producción de los OLEDs.
Los investigadores encontraron una forma de aprovechar la energía de los tripletes sin depender de los átomos de metal. Diseñaron una molécula orgánica en la que los estados singlete y triplete tienen niveles de energía muy similares, lo que permite que los tripletes se transformen en singletes emisivos a través de un proceso llamado fluorescencia retardada activada térmicamente (TDAF, por sus siglas inglés).
Con su pico de emisión a una longitud de onda de 840 nm, el OLED diseñado por el equipo mostró una eficiencia cuántica del 3,8%. Esta última corresponde al porcentaje de electrones que circulan por el dispositivo, electrones que luego se convierten en luz utilizable. Se trataría de un nuevo récord mundial de OLEDs totalmente orgánicos que emiten por encima de 800 nm – superando la eficiencia de los mejores OLEDs fluorescentes en más de un 300% – y alcanzando valores comparables a los de los OLEDs que contienen moléculas basadas en el platino.
Nuevas posibilidad de aplicación: LiFi, biomedicina y reconocimiento facial
La excelente eficiencia del nuevo OLED hace que sea factible considerar finalmente la integración de los OLEDs infrarrojos en las tecnologías de visualización existentes, como los teléfonos inteligentes.
“Una característica distintiva de los OLEDs es la capacidad de fabricar dispositivos directamente sobre vidrio o plástico, y sobre grandes áreas – en marcado contraste con los LEDs convencionales. Esto permite que los OLEDs se utilicen en aplicaciones que de otra manera serían imposibles para los LEDs. Una de las mayores ventajas de los OLEDs es su bajo coste de fabricación. Sin embargo, la mayoría de los OLEDs todavía contienen metales caros como el platino o el iridio, lo cual es problemático por el costo y en términos de sostenibilidad. Nuestro dispositivo utiliza moléculas puramente orgánicas”, explica el profesor Kéna-Cohen.
Además, la ausencia de emisión de luz visible de los OLED infrarrojos creados permitiría su uso en las comunicaciones inalámbricas basadas en Li-Fi. También podría utilizarse para el desarrollo de aplicaciones biomédicas, desarrollo de aplicaciones de reconocimiento facial o la fotografía nocturna.
“Los iphone ya utilizan láseres infrarrojos para algunas funciones de reconocimiento facial y de autoenfoque. Este tipo de aplicaciones son en las que los OLEDs infrarrojos podrían ser realmente útiles”, añade Kéna-Cohen.
Créditos imagen de portada: Orlando Ortiz. El coautor del estudio, Alexandre Malinge, sostiene un sustrato de vidrio que contiene 6 grandes OLEDs infrarrojos, cada uno de 1,5 mm por lado.
