Una de las cosas más curiosas de un OLED es que no toda la luz que consigue generar termina llegando hasta nuestros ojos. Parte se queda atrapada dentro de la propia estructura del panel y acaba convertida prácticamente en energía desperdiciada. Y es justo ahí donde un nuevo estudio acaba de encontrar una forma bastante ingeniosa de rascar mucha más eficiencia.
Investigadores de la Universidad Kyung Hee, la Universidad de Colonia y la Universidad de St Andrews han colocado una fina capa de Quantum Dots dentro de un OLED fosforescente invertido. Pero ojo, porque aquí los puntos cuánticos no están convirtiendo colores como ocurre en un televisor QD-OLED. Su trabajo es bastante diferente: recuperar parte de la energía que normalmente se perdería dentro del propio OLED. El estudio acaba de publicarse en Nature Photonics.
Y los números son bastante buenos. El OLED utilizado como referencia alcanzaba una eficiencia cuántica externa —EQE— máxima del 15,67%, mientras que el nuevo dispositivo con Quantum Dots llegó hasta el 20,95%. Es aproximadamente 1,3 veces más eficiencia, o alrededor de un 30% de mejora, sin cambiar completamente la tecnología OLED que tenemos debajo.
El problema no es solamente crear luz, sino conseguir que salga del OLED
Cuando un píxel OLED emite luz, una parte consigue salir correctamente hacia nosotros, pero otra se queda atrapada dentro de las diferentes capas del dispositivo. Entre esos caminos perdidos aparecen los llamados modos de guía de onda y los polaritones de plasmón superficial, conocidos normalmente como SPP.
Estos últimos aparecen especialmente cerca del electrodo metálico del OLED. Básicamente, parte de la energía luminosa acaba acoplándose a esa superficie metálica en lugar de salir hacia fuera. Las simulaciones utilizadas en el trabajo calculan que en el OLED de referencia alrededor del 37,8% de la energía terminaba precisamente en estos modos SPP.
El tema está en que esa energía normalmente no nos sirve para generar una imagen más luminosa. Queda atrapada en el dispositivo y termina disipándose. Así que, en lugar de intentar simplemente producir todavía más luz dentro del OLED, los investigadores han atacado el problema por otro lado: intentar recuperar una parte de la que ya se estaba produciendo pero nunca conseguía salir.
Una capa de Quantum Dots consigue recuperar el 30,7% de esa energía perdida
Para hacerlo han introducido una capa intermedia de Quantum Dots coloidales en la estructura del OLED. Esta capa actúa como un medio de acoplamiento entre la capa emisora y esos modos plasmónicos, redirigiendo parte de la energía que antes terminaba perdida hacia modos ópticos que sí pueden escapar del dispositivo.
Las mediciones de fotoluminiscencia resueltas en el tiempo confirmaron ese acoplamiento, mientras que las simulaciones electromagnéticas tridimensionales mostraron cómo los Quantum Dots modifican la densidad local de estados ópticos y redistribuyen la energía atrapada para aumentar la luz que termina saliendo al aire.
Y aquí llega el dato más interesante: la capa de Quantum Dots consigue interceptar aproximadamente el 30,7% de la energía que originalmente iba a terminar acoplada a esos modos SPP. El resultado práctico es ese salto del 15,67% al 20,95% de EQE máximo que comentábamos antes. No estamos generando mágicamente un 30% más de luz desde cero: estamos aprovechando mejor la que el OLED ya había generado.
No solo mejora la eficiencia: también aumenta mucho la estabilidad
Hay además otra consecuencia bastante interesante. El dispositivo optimizado no solamente consiguió una eficiencia máxima superior, sino que mejoró más de cinco veces su estabilidad operativa respecto al OLED de referencia, según el análisis del trabajo publicado por Fluxim, cuya herramienta Setfos se utilizó para estudiar la distribución de las pérdidas ópticas.
Otra de las claves es que esta solución consigue reducir las pérdidas plasmónicas sin recurrir a nanopartículas metálicas. Los investigadores compararon diferentes aproximaciones y encontraron que estas últimas podían introducir nuevas pérdidas, mientras que la capa basada en Quantum Dots consiguió redirigir la energía manteniendo el aumento de eficiencia.
Eso sí, hablamos todavía de un dispositivo OLED experimental y no de una nueva generación de televisores lista para fabricar. Pero el trabajo demuestra algo especialmente interesante para futuros OLED: todavía hay margen para mejorar su eficiencia no solamente fabricando emisores mejores o aumentando el brillo, sino simplemente evitando que una parte de la luz que ya producen termine perdiéndose dentro del propio panel.
