Por Piotr Trzaska | Noctiluca | https://noctiluca.eu/
OLED (diodos orgánicos emisores de luz) is la tecnología de visualización basada en una fina capa de emisores orgánicos que emitir luz de un color específico. Las piezas clave de la estructura de las pantallas OLED son los emisores OLED, los compuestos químicos en forma de polvo responsables de la luminiscencia, es decir, de la emisión de luz tras la aplicación de la corriente eléctrica. La calidad de la imagen mostrada con la tecnología OLED, la saturación del color y la intensidad de la luz dependen en su mayor parte de los parámetros del emisor, que han evolucionado con el desarrollo de la industria.
Las tecnologías OLED se han dividido en 4 generaciones, dependiendo de las características del emisor, que determinan las propiedades del diodo construido con su uso: 1ª generación - diodos fluorescentes, 2ª generación de diodos fosforescentes, 3ª generación basada en el efecto TADF y 4ª generación basada en la hiperfluorescencia. Noctiluca desarrolla sistemas emisores OLED TADF de tercera y cuarta generación, que se convertirán en una alternativa a la tecnología existente. ¿Por qué? Vamos a encontrar la respuesta analizando todas las generaciones.
Emisores de primera generación, los llamados "OLED fluorescentes"
Las pantallas OLED de la primera generación se denominan OLED fluorescentes y utilizan emisores orgánicos. Como el cruce entre sistemas (ISC) entre estados de diferente multiplicidad es imposible debido a las leyes básicas de la física, sólo se permite la transición S1 -> S0 y es radiativa. Tras una excitación eléctrica, sólo el 25% de los excitones formados son de multiplicidad singlete y son emisivos. El 75% restante son de multiplicidad triplete y no participan en la emisión de luz. Por ello, la eficiencia cuántica interna (IQE) de los OLED fluorescentes está limitada al 25% y, en consecuencia, la eficiencia cuántica externa (EQE) a unos pocos porcentajes.
Lo más común hoy en día son los emisores de segunda generación
Para utilizar el 75% restante de excitones, se descubrieron complejos metalorgánicos que se denominaron emisores OLED de segunda generación. Dado que la presencia de metales raros como el iridio y el platino provoca un acoplamiento espín-órbita muy fuerte, en los emisores fosforescentes la transición T1 -> S0 se convierte en radiativa y también tiene lugar el proceso ISC entre S1 y T1. Este enfoque permite teóricamente la utilización de hasta un 100% de los excitones formados para la emisión de luz y hasta un 100% de IQE. Los valores de EQE de los mejores OLEDs fosforescentes son de alrededor del 30%.
Aunque los emisores fosforescentes ofrecen una alta eficiencia y potencial de aplicación en la tecnología OLED, la presencia de metales de tierras raras y metales preciosos, caros y tóxicos, en la estructura de los complejos, que causan problemas de reciclaje, limitan su aplicación a escala industrial. Además, hasta la fecha, ha habido una notable falta de emisores azules, que representan el 70% de la emisión de luz de las pantallas, de segunda generación.
TADF - emisores de tercera y cuarta generación
Los problemas con la 1ª y 2ª generación de emisores es lo que estimuló la investigación intensiva de otros emisores eficientes pero sin metales en la estructura. Uno de los fenómenos prometedores es la fluorescencia retardada activada térmicamente (TADF). Los emisores TADF, gracias a un diseño adecuado, tienen una diferencia energética muy pequeña entre los estados S1 y T1 (ΔEST). Cuando el tiempo de vida del excitón en el estado triplete es lo suficientemente largo, el proceso RISC se permite y se activa térmicamente. Los excitones tripletes se convierten en excitones singletes - emisores, y se produce la emisión de fluorescencia retardada. El valor máximo teórico de IQE es del 100%.
El desarrollo de la tecnología OLED no se ha detenido en la tercera generación. Los requisitos para la próxima generación son una alta eficiencia, una gran pureza de color y una vida útil considerable. Uno de los enfoques más prometedores que cumplen estas condiciones es la hiperfluorescencia, el concepto desarrollado por científicos de la Universidad de Kyushu. La hiperfluorescencia es un término conocido desde 2013, cuando Adachi y su grupo desarrollaron este enfoque. En una hiperfluorescencia, la molécula TADF no sirve como emisor, sino que transfiere eficazmente la excitación del huésped al dopante fluorescente. Durante el mecanismo TADF, los excitones tripletes generados eléctricamente se convierten en excitones singletes y, a continuación, mediante FRET, se llena el estado S1 del dopante fluorescente y se produce la emisión de luz. Este enfoque es atractivo debido a una banda de emisión extremadamente estrecha, una mejor estabilidad y una alta pureza de color. La limitación teórica de la IQE para la hiperfluorescencia es del 100%.
¿Por qué necesitamos la 3ª y 4ª generación de emisores?
Se espera que los emisores TADF impulsen el crecimiento de la industria de los OLED en los próximos años porque resuelven muchos problemas:
- Son más eficientes energéticamente: los teléfonos 5G tienen un consumo de energía hasta un 33% mayor que los teléfonos 4G, los dispositivos plegables permitirán una pantalla más grande y el diseño delgado significa menos espacio para la batería; teniendo todo esto en cuenta, las pantallas OLED con emisores de 3ª y 4ª generación podrían ahorrar hasta un 30% del consumo energético actual
- Son mejores para el medio ambiente: las pantallas OLED con emisores de tercera y cuarta generación no requieren metales pesados ni elementos de tierras raras
- Son más baratas
- Prolongan la vida útil del dispositivo y eliminan el efecto de quemado de las pantallas
- Valor adicional: emisor azul eficiente, inalcanzable para la 2ª generación
En el mercado de los OLED, el uso de emisores de segunda generación ha crecido rápidamente en los últimos años, pero no en todos los colores. Aunque se han fabricado con éxito emisores eficientes de luz verde y roja, la construcción de emisores de luz azul de alta calidad parece ser un problema insuperable: el mercado sigue utilizando emisores azules de la antigua primera generación.
El principal objetivo tecnológico de los fabricantes de emisores OLED es crear e implementar emisores de próxima generación (OLED de 3ª y 4ª generación), y romper la barrera tecnológica asociada a los emisores de luz azul. Sin embargo, hasta la fecha nadie en el mundo ha conseguido crear un emisor RGB de 3ª o 4ª generación eficaz que se pueda implantar comercialmente (se ha puesto en marcha un caso de uso con pantalla monocromática amarilla). La obtención de emisores de 3ª y 4ª generación supondrá un verdadero avance tecnológico. [This is automatically translated from English]