Los diodos orgánicos emisores de luz (OLED) han conquistado el mercado de los displays en los últimos años, desde los smartphones de alta resolución hasta las pantallas de televisión de gran formato. Sin embargo, la industria y la investigación todavía debe afrontar importantes desafíos para crear la próxima generación de dispositivos con una saturación de color, brillo y eficiencia aún más altos.
Un equipo de investigación de la Universidad de Colonia (Alemania) y la Universidad de St Andrews (Escocia) ha demostrado en un nuevo estudio cómo se puede utilizar un concepto físico fundamental para aumentar el brillo del color de los dispositivos OLED sin recortes en la eficiencia energética.
Los resultados del estudio, publicados recientemente en Nature Photonics, muestran como un principio científico fundamental, el acoplamiento fuerte entre luz y materia, puede ser utilizado para cambiar los espectros de emisión de los OLED evitando el cambio de color en ángulos de visión oblicuos.
Las moléculas orgánicas a partir de las cuales se hacen los OLED tienen espectros de emisión intrínsecamente amplios, una propiedad que limita el espacio de color disponible y la saturacion de las pantallas de gama alta. Los filtros de color o los resonadores ópticos se pueden utilizar para reducir artificialmente los espectros de emisión de las OLED para eludir este problema. Sin embargo, esto se produce a expensas de la eficiencia o conduce a una fuerte dependencia del color percibido en el ángulo de visión.
Para solucionar este problema, los científicos se centraron en investigar el acoplamiento fuerte entre luz y materia. Cuando los fotones y los excitones exhiben una interacción suficientemente grande entre sí, pueden acoplarse fuertemente, creando los llamados polaritones excitónicos. Este principio se puede comparar con la transferencia de energía entre dos péndulos acoplados, aunque en este caso es la luz y la materia las que están acoplándose y transfiriendo energía continuamente. Estos polaritones emiten luz nuevamente. Al incrustar la pila de capas completa del OLED entre espejos delgados hechos de materiales metálicos, que ya se utilizan ampliamente en la industria de los displays, se puede mejorar significativamente el acoplamiento entre la luz y el material orgánico.
Hasta ahora, el acoplamiento fuerte en los OLED ha llevado inevitablemente a una baja eficiencia eléctrica. Para evitar esto, los investigadores agregaron una película delgada separada de moléculas fuertemente absorbentes de luz similares a las ya utilizadas en las células solares orgánicas, pero no en los OLED. La capa adicional maximizó el efecto del acoplamiento fuerte, pero sin reducir significativamente la eficiencia de las moléculas emisoras de luz en el OLED.
«Al generar polaritones, podemos transferir algunas de las propiedades ventajosas de la materia a nuestros OLED, incluyendo su dependencia angular significativamente menor, para que la impresión de color de una pantalla permanezca brillante y estable desde cualquier perspectiva», explicó el Dr. Andreas Mischok, primer autor del estudio.
Aunque los OLED basados en polaritones han sido dearrollados en el pasado, su eficiencia energética y brillo han sido bajos, lo que ha impedido aplicaciones prácticas y los ha mantenido principalmente en la investigación básica. Con la nueva estrategia, el equipo ha logrado realizar OLED basados en polaritones con niveles de eficiencia y brillo adecuados para aplicaciones prácticas por primera vez.
El profesor Malte Gather, quien lideró el estudio, cree que “con una eficiencia y brillo comparables a los OLED que se utilizan en los displays comerciales, pero con una saturación y estabilidad de color significativamente mejoradas, nuestros OLED basados en polaritones son de gran interés para la industria de los displays”.
La producción bajo demanda y eficiente de un gran número de polaritons no solo es relevante para la próxima generación de pantallas, sino que también se puede utilizar para una amplia gama de otras aplicaciones, desde láseres hasta computación cuántica.
Puede acceder al paper de la investigación a través del siguiente enlace:
https://www.nature.com/articles/s41566-023-01164-6
Imagen de portada: Freepik
