Investigadores de la Universidad de Michigan han logrado un avance significativo en la duración y eficiencia de los diodos emisores de luz orgánicos (OLED) azules, que ahora pueden igualar la longevidad de los OLED verdes, ya presentes en dispositivos de alta gama como smartphones y televisores. Este avance, publicado en la revista Nature Photonics, abre la puerta a mejoras en la eficiencia energética de las pantallas OLED, que son reconocidas por su alto contraste y bajo consumo energético.
Stephen Forrest, profesor de ingeniería eléctrica y autor principal del estudio, ha destacado que este desarrollo acerca a los OLED azules a un nivel de eficiencia similar al de sus contrapartes verdes. Sin embargo, advirtió que el problema no está completamente resuelto hasta que esta tecnología se implemente en dispositivos comerciales.
Desafíos de los OLED azules
A diferencia de los OLED rojos y verdes, que utilizan un método altamente eficiente conocido como fosforescencia, los OLED azules han dependido tradicionalmente de la fluorescencia, que presenta limitaciones en términos de eficiencia. Mientras que los OLED rojos y verdes pueden alcanzar un máximo teórico de un fotón por cada electrón que circula a través del dispositivo, los OLED azules tienen un rendimiento considerablemente inferior.
El desafío radica en que la luz azul, siendo de mayor energía, presenta dificultades para mantener la estabilidad de las moléculas que producen color. Cuando la energía se acumula, puede descomponer estas moléculas. Para abordar este problema, el equipo de Forrest ha introducido un recubrimiento en el electrodo negativo, diseñado para acelerar la conversión de la energía atrapada en luz azul, creando lo que se podría describir como un «carril rápido» para la energía.
Haonan Zhao, quien recientemente completó su doctorado en física y es coautor del estudio, comparó este fenómeno con un tráfico en una carretera congestionada, donde los «excitones» (las entidades responsables de la emisión de luz) pueden chocar y generar energía térmica destructiva si no se gestionan adecuadamente. La investigación se centra en un diseño óptico para crear un «carril rápido» para estos excitones, facilitando su conversión en fotones azules.
El estudio se basa en principios de la mecánica cuántica. Cuando un electrón llega al electrodo negativo, genera un estado excitado en una de las moléculas que producen luz azul. Este estado, compuesto por un electrón cargado negativamente y un «hueco» cargado positivamente, forma un excitón que, idealmente, debería regresar rápidamente a su estado original y emitir un fotón azul. Sin embargo, los excitones que utilizan la ruta fosforescente tienden a permanecer en su estado excitado más tiempo del deseado.
Para optimizar este proceso, el equipo de Forrest ha incorporado una capa delgada de un semiconductor a base de carbono sobre el electrodo metálico, que favorece la transferencia de energía del excitón a un plasmon superficial, facilitando así la emisión de fotones. Este método no solo mejora la eficiencia, sino que también extiende el efecto a áreas más profundas dentro del material emisor de luz.
Las características clave del nuevo diseño de PHOLED incluyen:
- La implementación de dos capas emisoras de luz (un OLED en tándem), que reduce la carga de emisión de cada capa, disminuyendo así la probabilidad de que dos excitones se fusionen.
- La adición de una capa que ayuda a los excitones a resonar con los plasmones superficiales cerca de ambos electrodos, permitiendo que ambas capas emisoras accedan al «carril rápido».
- La creación de una cavidad óptica que permite que la luz azul resuene entre los dos electrodos, empujando el color de los fotones hacia un rango más profundo en el espectro azul.
Este avance representa un paso importante hacia la mejora de la tecnología OLED, que continúa siendo una de las opciones más prometedoras en la industria de la visualización, con potenciales aplicaciones que van más allá de los dispositivos móviles y televisores de alta gama.
