Unos emisores azules duraderos que prolongan la vida útil de los OLED
Los OLED blancos están impulsando una nueva generación de paneles brillantes, finos y eficientes que emiten una luz más luminosa, más uniforme y con mayor eficacia energética que las luces fluorescentes. En general, los OLED blancos se producen combinando tres colores de materiales fosforescentes: azul, verde y rojo. No obstante, hasta el momento había sido difícil crear un material electroluminiscente azul de alta eficiencia y estable. Para fabricar OLED blancos eficientes sin metales de tierras raras, investigadores del proyecto financiado con fondos europeos PHEBE se centraron en un proceso denominado fluorescencia retardada activada térmicamente (TADF). Explorando la investigación más innovadora del sector, descubrieron innovadores emisores azules que son más baratos y mejores para el medio ambiente. Abordar de lleno el desafío de la vida útil En la actualidad, la reducida vida útil de los emisores azules constituye un gran problema que impide que los emisores OLED fosforescentes se utilicen en aplicaciones de iluminación comerciales. Los OLED fosforescentes están fabricados con un material hospedador (normalmente un polímero) sobre el que se añade como dopante un complejo organometálico basado en un metal de tierras raras como el iridio. «Hasta el momento, se creía que la vida útil de los OLED era independiente del material hospedador, pero se ha descubierto que identificar y diseñar las combinaciones adecuadas de un material electroluminiscente y un material hospedador era la clave para prolongar la vida útil de los OLED», señala el coordinador del proyecto, Giles Brandon. Una selección cuidadosa del material orgánico empleado para el emisor es otro factor significativo que podría permitir a los OLED ganar una cuota considerable del mercado de la iluminación. «Nuestra investigación demostró que es extremadamente importante utilizar materiales orgánicos ultrapuros, de hasta el 99,9 %, para optimizar la vida útil de los emisores de TADF. Esto requiere estudiar detenidamente la vía de síntesis para la producción del material orgánico», añade Brandon. Descubrimiento de la fotofísica subyacente a la TADF En general, lo que reduce considerablemente la eficiencia cuántica de los OLED es que se impide el decaimiento radiactivo del estado triplete metaestable al estado singlete fundamental. Mediante el uso de materiales fluorescentes en lugar de fosforescentes, la TADF deja a un lado este problema y permite la creación de un emisor azul de alta eficiencia. Las moléculas que presentan este mecanismo están diseñadas de tal modo que la diferencia energética entre el estado singlete excitado y el estado triplete metaestable es mucho más reducida que en las moléculas orgánicas típicas. Este pequeño vacío energético permite que se produzca un cruce intersistema inverso (RISC, por sus siglas en inglés). Los investigadores de PHEBE consideraron que era esencial identificar los factores que influyen en la tasa de RISC en los emisores de TADF para mejorar la eficiencia de los OLED. Los resultados obtenidos mejoran considerablemente la comprensión de la fotofísica subyacente a la TADF centrándose en un modelo de tres estados en lugar de en un modelo de dos estados para el RISC. El nuevo modelo muestra que en el acoplamiento de rotación-órbita entre los estados de triplete y singlete más bajos media un tercer estado de triplete. Este mecanismo de acoplamiento de rotación-vibrónico mejora considerablemente la tasa de RISC. En particular, su investigación sobre los sistemas de transferencia de carga intramolecular y los sistemas de transferencia de carga exciplex intermolecular que permiten la TADF ha demostrado mejorar la eficacia energética. «Nuestro emisor de TADF de OLED altamente eficiente consigue una eficiencia cuántica externa de alrededor del 18 %, un nivel similar a los mejores emisores fosforescentes azules», señala el coordinador del proyecto, Giles Brandon. No obstante, en el 50 % de los casos la vida útil de estos emisores azules era demasiado reducida: tan solo dos horas. El consorcio todavía está bastante lejos de obtener un nuevo material que pueda usarse comercialmente en la iluminación OLED. No obstante, el futuro parece prometedor.
Palabras clave
PHEBE, diodo orgánico emisor de luz (OLED), fluorescencia retardada activada térmicamente (TADF), vida útil, emisores azules, cruce intersistema inverso (RISC), eficiencia cuántica, iluminación OLED
