La llegada de una computadora delgada y liviana que incluso se enrolla como una hoja de papel no será en un futuro lejano. Diodos emisores de luz orgánicos flexibles (OLED), construido sobre un sustrato de plástico, Últimamente han recibido mayor atención por su uso en pantallas de próxima generación que se pueden doblar o enrollar mientras aún están en funcionamiento.

Un equipo de investigación coreano dirigido por el profesor Seunghyup Yoo de la Escuela de Ingeniería Eléctrica, KAIST y el profesor Tae-Woo Lee del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, La Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) ha desarrollado OLED altamente flexibles con una eficiencia excelente mediante el uso de grafeno como un electrodo transparente (TE) que se coloca entre el dióxido de titanio (TiO2) y las capas de polímero conductor. Los resultados de la investigación se publicaron en línea el 2 de junio de 2016 en Comunicaciones de la naturaleza .

Los OLED se apilan en varias capas ultrafinas sobre vidrio, frustrar, o sustratos plásticos, en el que se intercalan múltiples capas de compuestos orgánicos entre dos electrodos (cátodo y ánodo). Cuando se aplica voltaje a través de los electrodos, los electrones del cátodo y los huecos (cargas positivas) del ánodo se acercan y se encuentran en la capa emisiva. Los OLED emiten luz cuando un electrón se recombina con un agujero positivo, liberando energía en forma de fotón. Uno de los electrodos de los OLED suele ser transparente, y dependiendo de qué electrodo sea transparente, Los OLED pueden emitir desde arriba o desde abajo.

En los OLED convencionales de emisión inferior, un ánodo es transparente para que los fotones emitidos salgan del dispositivo a través de su sustrato. El óxido de indio-estaño (ITO) se usa comúnmente como ánodo transparente debido a su alta transparencia, baja resistencia de la hoja, y proceso de fabricación bien establecido. Sin embargo, ITO puede ser potencialmente costoso, y además, es quebradizo, siendo susceptible a la formación de grietas inducida por flexión.

Grafeno una capa delgada bidimensional de átomos de carbono estrechamente unidos entre sí en una celosía hexagonal en forma de panal, ha surgido recientemente como una alternativa a ITO. Con sobresaliente eléctrica, físico, y propiedades químicas, su delgadez atómica que conduce a un alto grado de flexibilidad y transparencia lo convierte en un candidato ideal para TE. Sin embargo, la eficiencia de los OLED basados ​​en grafeno informada hasta la fecha ha sido, a lo mejor, aproximadamente el mismo nivel de OLED basados ​​en ITO.

Como solución el equipo de investigación coreano, que además incluye a los profesores Sung-Yool Choi (Ingeniería Eléctrica) y Taek-Soo Kim (Ingeniería Mecánica) de KAIST y sus estudiantes, propuso una nueva arquitectura de dispositivo que puede maximizar la eficiencia de los OLED basados ​​en grafeno. Fabricaron un ánodo transparente en una estructura compuesta en la que una capa de TiO2 con un índice de refracción alto (n alto) y una capa de inyección de agujeros (HIL) de polímeros conductores con un índice de refracción bajo (n bajo) electrodos de grafeno tipo sándwich. Este es un diseño óptico que induce una colaboración sinérgica entre las capas high-n y low-n para aumentar la reflectancia efectiva de los TE. Como resultado, se maximiza la mejora de la resonancia de la cavidad óptica. La resonancia de la cavidad óptica está relacionada con la mejora de la eficiencia y la gama de colores en los OLED. Al mismo tiempo, la pérdida de polaritón del plasmón superficial (SPP), una de las principales causas de las débiles emisiones de fotones en los OLED, también se reduce debido a la presencia de polímeros conductores de bajo contenido de n.

Bajo este enfoque, Los OLED basados ​​en grafeno exhiben un 40,8% de eficiencia cuántica externa ultra alta (EQE) y 160,3 lm / W de eficiencia energética, lo cual no tiene precedentes en aquellos que usan grafeno como TE. Es más, estos dispositivos permanecen intactos y funcionan bien incluso después de 1, 000 ciclos de flexión en un radio de curvatura tan pequeño como 2,3 mm. Este es un resultado notable para los OLED que contienen capas de óxido como TiO2 porque los óxidos son típicamente quebradizos y propensos a fracturas inducidas por flexión incluso con una deformación relativamente baja. El equipo de investigación descubrió que el TiO2 tiene un mecanismo de endurecimiento por desviación de grietas que tiende a evitar que se formen fácilmente grietas inducidas por flexión.

El profesor Yoo dijo:"Lo único y avanzado de esta tecnología, en comparación con OLED anteriores basados ​​en grafeno, es la colaboración sinérgica de capas de índice alto y bajo que permite la gestión óptica tanto del efecto de resonancia como de la pérdida de SPP, que conduce a una mejora significativa en la eficiencia, todo con poco compromiso en cuanto a flexibilidad ". "Nuestro trabajo fue el logro de la investigación colaborativa, trascendiendo los límites de diferentes campos, a través del cual a menudo hemos encontrado avances significativos ".

El profesor Lee dijo:"Esperamos que nuestra tecnología allane el camino para desarrollar una fuente de luz OLED para pantallas altamente flexibles y portátiles, o sensores flexibles que se pueden acoplar al cuerpo humano para controlar la salud, por ejemplo."