Investigadores japoneses están en el camino de superar una de las limitaciones más significativas de la tecnología OLED: el desarrollo de OLEDs azules con rendimientos similares a los rojos y verdes, gracias a la utilización de una nueva combinación de moléculas emisoras. Al dividir el proceso de conversión y emisión de energía entre dos moléculas, los investigadores lograron desarrollar dispositivos con emisiones de azul puro y alta eficiencia, los cuales son capaces de mantener el brillo durante tiempos relativamente largos y sin falta de componentes metálicos costosos.
Conocidos por sus vibrantes colores y su capacidad para fabricar dispositivos delgados e incluso flexibles, los diodos emisores de luz orgánicos u OLED utilizan moléculas que contienen carbono para producir luz. A diferencia de las tecnologías LCD, los pixeles emisores rojos,verdes y azules de una pantalla OLED se pueden encender y apagar completamente de forma individual, produciendo unos negros más profundos y reduciendo el consumo de energía. Sin embargo, los OLED azules en particular han sido un cuello de botella de la tecnología en términos de eficiencia y estabilidad.
“Existe un número creciente de opciones para el desarrollo de OLEDs rojos y verdes con un excelente rendimiento, pero los dispositivos que emiten luz azul de alta energía son todo un desafío, donde hay que realizar diferentes compensaciones entre la eficiencia, la pureza del color, el coste y su vida útil”, explica Chin-Yiu Chan, investigador del Centro de Investigación de Fotónica Orgánica y Electrónica (OPERA) de la Universidad de Kyushu
Es habitual que el método para el desarrollo de OLEDs azules en pantallas comerciales esté basado en un proceso de fluorescencia con una baja eficiencia máxima. Estos emisores fluorescentes pueden lograr una eficiencia cuántica ideal del 100%, pero generalmente implica una vida útil operativa más corta y requieren de metales caros como el iridio o el platino.
La nueva investigación, cuyos resultados fueron publicados recientemente en “Nature Photonics”, está basada en el desarrollo de moléculas que emiten luz basadas en el proceso de fluorescencia retardada activada térmicamente, comúnmente abreviado como TADF, por el cual se puede lograr una excelente eficiencia sin átomos metálicos, pero que exhibe una emisión que contiene una gama más amplia de colores.
“La gama de colores que una pantalla puede producir está directamente relacionada con la pureza de los píxeles rojo, verde y azul. Si la emisión azul no es pura con un espectro estrecho, se necesitan filtros para mejorar la pureza del color, lo que supone un desperdicio de energía emitida”, explica Chihaya Adachi, directora de OPERA.
El grupo de investigación de Takuji Hatakeyama en la Universidad Kwansei Gakuin informó recientemente de un camino prometedor para superar el problema de la pureza basado en un diseño molecular único para un emisor TADF de color azul puro altamente eficiente, pero la molécula, llamada ν-DABNA, se degrada rápidamente en funcionamiento.
Colaborando con Hatakeyama, los investigadores de OPERA han encontrado que la vida útil se puede mejorar en gran medida mientras se obtienen emisiones estrechas mediante la combinación de ν-DABNA con una molécula TADF adicional desarrollada en OPERA como un convertidor de energía intermedio y de alta velocidad.
“Tres cuartas partes de las cargas eléctricas se combinan para formar estados de energía llamados tripletes en el OLED, y las moléculas TADF pueden convertir estos tripletes no emisores en singletes emisores de luz. Sin embargo, ν-DABNA es algo lento en la conversión de los tripletes de alta energía, que a menudo juegan un papel en la degradación. Para deshacerse de los tripletes peligrosos más rápidamente, incluimos una molécula intermedia de TADF que puede convertir más rápidamente tripletes en singletes”, explica Masaki Tanaka, un investigador de OPERA que trabajó estrechamente con Chan en el estudio.
Aunque la molécula intermedia es rápida en convertir tripletes en singletes, tiene un amplio espectro de emisiones que produce una emisión azul cielo. Sin embargo, el intermediario puede transferir muchos de sus singletes en un estado de alta energía a ν-DABNA para una emisión de azul rápido y puro.
“En comparación con la mayoría de los emisores, las longitudes de onda que ν-DABNA puede absorber están muy cerca del color que emite. Esta propiedad única hace que pueda recibir gran parte de la energía del intermediario de emisiones amplias y aún así emitir un azul puro”, dice Chan.
Utilizando este enfoque de dos moléculas, que se ha denominado hiperfluorescencia, los investigadores lograron una vida útil operativa más larga con un alto brillo que el reportado anteriormente por OLEDs altamente eficientes que tienen una pureza de color similar.
El método se basa en una estructura tándem que básicamente apila dos dispositivos, uno encima del otro, para duplicar efectivamente la emisión de la misma corriente eléctrica, la vida útil casi se duplicó en condiciones de alto brillo, y los investigadores estimaron que los dispositivos podían mantener el 50% de su brillo durante más de 10.000 horas a intensidades más moderadas.
“Aunque esto sigue siendo demasiado corto para aplicaciones prácticas, un control más estricto de las condiciones de fabricación a menudo conduce a una vida útil aún más larga, por lo que estos resultados iniciales apuntan a un futuro muy prometedor para que este enfoque finalmente obtenga un OLED azul puro eficiente y estable”, concluye Adachi.
Crédito de imágenes: OPERA, Universidad de Kyushu
