Partículas de luz atrapadas: Los físicos utilizan nanoestructuras para liberar fotones para OLEDs blancos de alta eficiencia.
Gracias a la intensa investigación de las últimas tres décadas, los diodos orgánicos emisores de luz (OLED) han ido conquistando el mercado de la electrónica: desde pantallas de teléfonos móviles OLED hasta pantallas de televisión desplegables, la lista de aplicaciones es larga.
Principio de grabado iónico reactivo para la generación de nanoestructuras cuasi periódicas.
(c) Sebastian Reineke et al., Nature Communications: CC BY 4.0
La investigación actual de OLED se centra en particular en la mejora del rendimiento de los OLED blancos para elementos de iluminación como la iluminación de techos o interiores de automóviles. Estos componentes están sujetos a requisitos mucho más estrictos en términos de estabilidad, emisión angular y eficiencia energética.
Dado que los diodos emisores de luz sólo producen luz monocroma, los fabricantes utilizan varios procesos de mezcla de colores aditivos para producir luz blanca.
Desde el primer desarrollo de los OLED blancos en los años 90, se han realizado numerosos esfuerzos para conseguir un espectro blanco equilibrado y una alta eficacia luminosa a un nivel de luminancia práctico. Sin embargo, la eficiencia cuántica externa (EQE) para OLEDs blancos sin técnicas adicionales de desacoplamiento sólo puede alcanzar hoy en día entre un 20 y un 40 por ciento. Alrededor del 20 por ciento de las partículas de luz generadas (fotones) permanecen atrapadas en la capa de vidrio del dispositivo. La razón de esto es la reflexión interna total de las partículas en la interfase entre el vidrio y el aire. Otros fotones son guiados por ondas en las capas orgánicas, mientras que otros se pierden en la interfase con el electrodo metálico superior.
Se han investigado numerosos enfoques para extraer los fotones atrapados de los OLED. Un equipo de investigación internacional dirigido por la Dra. Simone Lenk y el Prof. Sebastian Reineke de la Universidad Técnica de Dresde ha presentado un nuevo método para liberar las partículas de luz en la revista Nature Communications.
Los físicos introducen un método fácil, escalable y especialmente libre de litografía para la generación de nanoestructuras controlables con aleatoriedad direccional y orden dimensional, aumentando significativamente la eficiencia de los OLEDs blancos. Las nanoestructuras son producidas por el grabado de iones reactivos. Esto tiene la ventaja de que la topografía de las nanoestructuras puede ser controlada específicamente ajustando los parámetros de proceso.
Para entender los resultados obtenidos, los científicos han desarrollado un modelo óptico que puede ser utilizado para explicar la mayor eficiencia de los OLEDs. Mediante la integración de estas nanoestructuras en OLEDs blancos, se puede lograr una eficiencia cuántica externa de hasta el 76,3%.
Para la Dra. Simone Lenk, el nuevo método abre numerosas y nuevas vías: "Llevábamos mucho tiempo buscando una forma de manipular específicamente las nanoestructuras. Con el grabado reactivo de iones, hemos encontrado un proceso rentable que se puede utilizar en grandes superficies y que también es adecuado para uso industrial. La ventaja radica en el hecho de que la periodicidad y la altura de las nanoestructuras pueden ajustarse completamente a través de los parámetros de proceso y que, por lo tanto, se puede encontrar una estructura de desacoplamiento óptima para los OLED blancos. Estas nanoestructuras cuasi periódicas no sólo son adecuadas como estructuras de desacoplamiento para OLEDs, sino que también tienen el potencial para otras aplicaciones en óptica, biología y mecánica".
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Publicación original
Yungui Li, Milan Kovačič, Jasper Westphalen, Steffen Oswald, Zaifei Ma, Christian Hänisch, Paul-Anton Will, Lihui Jiang, Manuela Junghaehnel, Reinhard Scholz, Simone Lenk & Sebastian Reineke; "Tailor-made nanostructures bridging chaos and order for highly efficient white organic light-emitting diodes"; Nature Communications 10
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