No puedes verlo a simple vista pero un nuevo diodo emisor de luz orgánica fluorescente (OLED) podría arrojar luz sobre el desarrollo de aplicaciones innovadoras en dispositivos como teléfonos inteligentes y pantallas de televisión que utilizan luz infrarroja cercana. Creado a través del trabajo combinado de ingenieros de Polytechnique Montréal y químicos de Université de Montréal, este OLED fluorescente es un 300% más eficiente que los OLED existentes en su categoría. El equipo de investigación publicó recientemente detalles en la revista. Materiales funcionales avanzados .

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 compuestas de carbono. nitrógeno, y oxigeno. Ya en uso en pantallas de teléfonos inteligentes y televisores de alta gama, La tecnología OLED ya está bien establecida. Sin embargo, a pesar de la adopción por parte de la industria, Aún deben superarse desafíos importantes para impulsar esta tecnología.

En tal ejemplo es que los OLED azules enfrentan problemas de estabilidad, lo que conduce a una degradación mucho más rápida que sus contrapartes verde y rojo. En el otro lado del espectro, Los OLED infrarrojos tienden a ser muy ineficientes, en lugar de emitir fotones en longitudes de onda infrarrojas (creando así luz), Las moléculas excitadas prefieren perder su energía a través de la vibración.

"A medida que la longitud de onda de emisión se empuja más hacia lo que se considera infrarrojo, se vuelve más difícil desarrollar emisores eficientes, explica el profesor Stéphane Kéna-Cohen del Departamento de Ingeniería Física de la Polytechnique Montréal. "Muy pocos materiales orgánicos emiten de manera eficiente en esta región (infrarroja) del espectro".

El profesor Kéna-Cohen y su equipo lograron encontrar una manera de reducir la energía desperdiciada en los OLED infrarrojos compuestos por moléculas puramente orgánicas. Profesor de Química William G. Skene (Université de Montréal), desarrolló dos nuevos compuestos orgánicos para crear este nuevo OLED. El emisor de infrarrojo cercano se inspiró en una clase de moléculas que se utilizaban anteriormente para la obtención de imágenes biomédicas, lo que ahora hace posible diseñar un OLED totalmente orgánico con propiedades incomparables.

Luz de trillizos "oscuros"

Cuando una molécula orgánica es excitada por una corriente eléctrica, se encuentra en uno de dos estados cuánticos:un singlete o un triplete. Para la mayoría de las moléculas orgánicas, solo el estado singlete producirá luz utilizable. Para que los trillizos generen fotones de manera eficiente, los átomos de metales pesados ​​deben introducirse dentro de la estructura molecular, aumentando el costo de producción de los OLED.

Profesora Kéna-Cohen, Profesor Skene, y su equipo encontró una manera de aprovechar la energía de los tripletes sin depender de los átomos de metal. ¿Su solución innovadora? Diseñaron una molécula orgánica donde los estados singlete y triplete tienen niveles de energía muy similares, permitiendo que los tripletes se transformen en singletes emisores a través de un proceso llamado fluorescencia retardada activada térmicamente (TDAF).

Con su pico de emisión a una longitud de onda de 840 nm, el OLED diseñado por el equipo de investigación mostró una eficiencia cuántica del 3,8%. Este último corresponde al porcentaje de electrones que circulan por todo el dispositivo, electrones que luego se convierten en luz utilizable. Es un nuevo récord mundial para los OLED totalmente orgánicos que emiten por encima de 800 nm, superando la eficiencia de los mejores OLED fluorescentes en más de un 300% y alcanzando valores comparables a los de los OLED que contienen moléculas a base de platino.

Nuevas posibilidades en aplicaciones biomédicas, reconocimiento facial

La excepcional eficiencia del nuevo OLED hace que sea factible considerar finalmente la integración de los OLED infrarrojos en las tecnologías de visualización existentes, como los teléfonos inteligentes.

"Una característica distintiva de los OLED es la capacidad de fabricar dispositivos directamente sobre vidrio o plástico, y en grandes áreas, en marcado contraste con los LED convencionales. Esto permite que los OLED se utilicen en aplicaciones que de otro modo serían imposibles para los LED, "explica el profesor Kéna-Cohen.

"Una de las mayores ventajas de los OLED es su bajo costo de fabricación, "continúa el profesor Kéna-Cohen." Sin embargo, la mayoría de los OLED todavía contienen metales caros como platino o iridio, lo cual es problemático por el costo y en términos de sostenibilidad. Nuestro dispositivo utiliza moléculas puramente orgánicas ".

El profesor de la Polytechnique Montréal también señaló que la ausencia de emisión de luz visible de los OLED infrarrojos creados por su equipo de investigación también permitiría su uso en la comunicación inalámbrica basada en luz (Li-Fi). El profesor Kéna-Cohen también destaca que estos OLED que batieron récords mundiales podrían potencialmente usarse para aplicaciones biomédicas, para reconocimiento facial, o para fotografía nocturna.

"Los iPhones ya utilizan láseres infrarrojos para algunas funciones de reconocimiento facial y enfoque automático; estos son los tipos de aplicaciones en las que los OLED infrarrojos podrían resultar útiles, "señala el profesor Kéna-Cohen.