Estados híbridos de luz y materia pueden aumentar significativamente el brillo de los OLED

24 de Febrero de 2025

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por Universidad de Turku

Investigadores han desarrollado un modelo teórico que predice un aumento sustancial en el brillo de los diodos emisores de luz orgánica (OLED) al aprovechar nuevos estados cuánticos llamados polaritones. La integración de polaritones en los OLED efectivamente requiere el descubrimiento de nuevos materiales, lo que convierte su implementación en un desafío emocionante.

La tecnología OLED se ha convertido en una fuente de luz común en una variedad de dispositivos de visualización de alta gama, como teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, televisores o relojes inteligentes.

Aunque los OLED están transformando rápidamente las aplicaciones de iluminación con su flexibilidad y amigabilidad con el medio ambiente, pueden ser bastante lentos en convertir la corriente eléctrica en luz, con solo un 25% de probabilidad de emitir fotones de manera eficiente y rápida. Esto último es una condición importante para aumentar el brillo de los OLED, que tienden a ser más tenues que otras tecnologías de iluminación.

Investigadores de la Universidad de Turku, Finlandia, y la Universidad de Cornell, EE. UU., han propuesto ahora un modelo predictivo para superar este problema. Su investigación se publica en Advanced Optical Materials.

Los OLED son componentes electrónicos hechos de compuestos orgánicos a base de carbono que producen luz cuando se les aplica una corriente eléctrica. En las pantallas OLED, los píxeles mismos emiten luz, a diferencia de las pantallas de cristal líquido, que utilizan retroiluminación LED.

Cuando se colocan entre dos espejos semitransparentes, los emisores orgánicos pueden acoplarse a la luz confinada, creando nuevos estados híbridos de luz y materia llamados polaritones.

Ajustando estos estados, es posible encontrar un punto óptimo donde los 75% restantes de los estados oscuros empiecen a convertirse en polaritones brillantes en su lugar.

'Si bien la idea general de usar polaritones en la tecnología OLED no es del todo original, ha faltado una teoría que examine los límites de ganancias de rendimiento. En este trabajo, examinamos cuidadosamente dónde se encuentra el punto óptimo de los polaritones en diferentes escenarios.

'Descubrimos que la fuerza del efecto polaritónico en el rendimiento de los OLED depende del número de moléculas acopladas. Cuantas menos, mejor,' dice el profesor asociado Konstantinos Daskalakis de la Universidad de Turku.

'Con las moléculas que estudiamos y una sola molécula acoplada, la eficiencia mejoró significativamente. La tasa de conversión de oscuro a brillante aumentó en un factor de hasta 10 millones,' dice el investigador postdoctoral Olli Siltanen.

Con un gran número de moléculas, el efecto polaritónico fue insignificante. Por lo tanto, la tasa de conversión de oscuro a brillante de los OLED actuales no puede mejorarse simplemente equipándolos con espejos.

'El próximo desafío es desarrollar arquitecturas factibles que faciliten el acoplamiento fuerte de una sola molécula o inventar nuevas moléculas diseñadas para los OLED polaritónicos. Ambos enfoques son desafiantes, pero como resultado, la eficiencia y el brillo de las pantallas OLED podrían mejorar significativamente,' explica Daskalakis.

La adopción generalizada de los OLED se ha visto obstaculizada por la eficiencia, pero más importante aún por las limitaciones de brillo, especialmente cuando se comparan con los LED inorgánicos tradicionales. Los resultados de este estudio abren un camino, sentando las bases para los OLED que no solo son más eficientes, sino también capaces de alcanzar niveles de rendimiento antes considerados imposibles.

Más información: Olli Siltanen et al, Enhancing the Efficiency of Polariton OLEDs in and Beyond the Single‐Excitation Subspace, Advanced Optical Materials (2025). DOI: 10.1002/adom.202403046

Información del diario: Advanced Optical Materials

Proporcionado por: Universidad de Turku