Usando una nueva combinación de moléculas emisoras, Investigadores en Japón han demostrado la promesa de un enfoque novedoso para superar un gran desafío al que se enfrentan las pantallas que utilizan diodos emisores de luz orgánicos:una fuente de luz azul que iguala el excelente rendimiento de las rojas y verdes.

Al dividir los procesos de conversión y emisión de energía entre dos moléculas, los investigadores lograron dispositivos que producen emisiones de azul puro con alta eficiencia, mantener el brillo durante un tiempo relativamente largo, y carecen de átomos metálicos costosos, un conjunto de propiedades que hasta ahora ha sido difícil de obtener simultáneamente.

Aclamado por sus colores vibrantes y su capacidad para formar dispositivos delgados e incluso flexibles, diodos emisores de luz orgánicos, o OLED para abreviar, utilizan moléculas que contienen carbono para convertir la electricidad en luz. A diferencia de las tecnologías LCD que emplean cristales líquidos para bloquear selectivamente la emisión de una luz de fondo filtrada que cubre muchos píxeles, el rojo separado, Los píxeles de emisión verde y azul de una pantalla OLED se pueden encender y apagar individualmente, produciendo negros más profundos y reduciendo el consumo de energía.

Sin embargo, Los OLED azules en particular han sido un cuello de botella en términos de eficiencia y estabilidad.

"Existe un número creciente de opciones para OLED rojos y verdes con un rendimiento excelente, pero los dispositivos que emiten luz azul de alta energía son un desafío mayor, con compensaciones que casi siempre ocurren entre eficiencia, pureza del color, costo y vida útil, "dice Chin-Yiu Chan, investigador del Centro de Investigación en Electrónica y Fotónica Orgánica (OPERA) de la Universidad de Kyushu y autor del estudio que informa los resultados en Fotónica de la naturaleza .

Si bien los emisores azules estables basados ​​en un proceso conocido como fluorescencia se utilizan a menudo en pantallas comerciales, sufren de una baja eficiencia máxima. Los llamados emisores fosforescentes pueden lograr una eficiencia cuántica ideal del 100%, pero generalmente exhiben vidas operativas más cortas y requieren un metal costoso como el iridio o el platino.

Como alternativa, Los investigadores de OPERA han estado desarrollando moléculas que emiten luz basándose en el proceso de fluorescencia retardada activada térmicamente, comúnmente abreviado como TADF, que puede lograr una excelente eficiencia sin el átomo de metal, pero a menudo exhibe emisiones que contienen una gama más amplia de colores.

"La gama de colores que puede producir una pantalla está directamente relacionada con la pureza del rojo, verde, y píxeles azules, "explica Chihaya Adachi, director de OPERA. "Si la emisión azul no es pura con un espectro estrecho, se necesitan filtros para mejorar la pureza del color, pero este desperdicio emitió energía ".

El grupo de Takuji Hatakeyama en la Universidad Kwansei Gakuin informó recientemente sobre un camino prometedor para superar el problema de la pureza basado en un diseño molecular único para una alta eficiencia, emisor de TADF azul puro, pero la molécula, ν-DABNA, se degrada rápidamente en funcionamiento.

Colaborando con Hatakeyama, Los investigadores de OPERA ahora han descubierto que la vida útil se puede mejorar en gran medida sin dejar de obtener una emisión estrecha mediante la combinación de ν-DABNA con una molécula de TADF adicional desarrollada en OPERA como un producto intermedio, convertidor de energía de alta velocidad.

"Tres cuartas partes de las cargas eléctricas se combinan para formar estados de energía llamados tripletes en los OLED, y las moléculas de TADF pueden convertir estos tripletes no emisores en singletes emisores de luz, "explica Masaki Tanaka, un investigador de OPERA que trabajó en estrecha colaboración con Chan en el estudio.

"Sin embargo, ν-DABNA es algo lento para convertir los tripletes de alta energía, que a menudo juegan un papel en la degradación. Para deshacerse de los peligrosos trillizos más rápidamente, incluimos una molécula de TADF intermedia que puede convertir más rápidamente los tripletes en singletes ".

Aunque la molécula intermedia es rápida para convertir tripletes en singletes, tiene un amplio espectro de emisión produciendo una emisión azul celeste. Sin embargo, el intermediario puede transferir muchos de sus singletes en un estado de alta energía a ν-DABNA para una emisión azul pura y rápida.

"En comparación con la mayoría de los emisores, las longitudes de onda que puede absorber ν-DABNA son muy cercanas al color que emite. Esta propiedad única le permite recibir gran parte de la energía del intermediario de emisión amplia y seguir emitiendo un azul puro, "dice Chan.

Usando este enfoque de dos moléculas, que se ha denominado hiperfluorescencia, Los investigadores lograron una vida útil más prolongada con un brillo alto de lo que se informó anteriormente para OLED de alta eficiencia con una pureza de color similar.

"Que este tipo de enfoque pueda extender la vida útil de la emisión de azul puro de una molécula que desarrollamos anteriormente es realmente emocionante, "dice Hatakeyama.

Adoptando una estructura en tándem que básicamente apila dos dispositivos uno encima del otro, esencialmente duplicando la emisión para la misma corriente eléctrica, la vida útil casi se duplicó con un alto brillo, y los investigadores estimaron que los dispositivos podrían mantener el 50% de su brillo durante más de 10, 000 horas a intensidades más moderadas.

"Aunque todavía es demasiado breve 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 obtenga finalmente un OLED azul puro eficiente y estable, "dice Adachi.

"En el futuro cercano, Espero que los OLED azules de hiperfluorescencia puedan reemplazar los OLED azules actuales por pantallas de ultra alta definición, "agrega Chan.