Un grupo de investigadores de la Universidad de Toyama, en Japón, acaba de conseguir algo que hasta ahora no se había logrado: fabricar un OLED funcional utilizando una fina capa emisora cristalina de rubreno. Y ojo, porque hablamos de una forma bastante diferente de organizar los materiales orgánicos que producen la luz dentro del panel.
Los OLED que utilizamos actualmente suelen emplear capas orgánicas amorfas. Para que nos entendamos, sus moléculas están colocadas de una manera bastante desordenada, algo que dificulta el movimiento de las cargas eléctricas por el material. En este nuevo dispositivo, en cambio, las moléculas forman una estructura cristalina mucho más ordenada.
El resultado ha sido realmente llamativo: el prototipo empieza a emitir luz con solo 1,3 voltios a un nivel de 1 cd/m² y consigue una densidad de corriente hasta 1.000 veces superior a la de un dispositivo amorfo convencional trabajando al mismo voltaje. Eso sí, esa cifra no significa que sea 1.000 veces más brillante, sino que la electricidad puede circular muchísimo mejor por su interior.
Una capa OLED de solo 50 nanómetros convertida en un enorme cristal
La gran dificultad estaba en conseguir que el material cristalizara sin terminar formando una capa demasiado gruesa o irregular. Para solucionarlo, los investigadores utilizaron una base amorfa con una temperatura de transición vítrea baja y aplicaron después un proceso de calentamiento dividido en dos etapas.
Gracias a esta técnica consiguieron crear una película de rubreno de apenas 50 nanómetros de grosor, pero formada por dominios cristalinos que alcanzan aproximadamente un milímetro de tamaño. Puede parecer poco, pero es una auténtica barbaridad teniendo en cuenta lo extremadamente fina que es la capa.
Además, el proceso es no epitaxial. Esto significa que el cristal no necesita crecer sobre otro material cristalino con una estructura perfectamente compatible, algo que simplifica bastante su fabricación y amplía las superficies sobre las que podría llegar a utilizarse.
La electricidad circula mucho mejor al ordenar las moléculas
En un material amorfo, las cargas eléctricas deben ir saltando entre moléculas colocadas de forma irregular. Este recorrido genera más resistencia y obliga a aplicar un voltaje superior para conseguir que el OLED emita luz.
Al ordenar esas moléculas dentro de una estructura cristalina, los huecos y electrones encuentran un camino mucho más limpio. Esa mejora en el transporte de cargas explica por qué el nuevo dispositivo alcanza una densidad de corriente hasta 1.000 veces mayor utilizando exactamente el mismo voltaje.
El espectro de electroluminiscencia también cambia. Mientras una capa amorfa suele producir una emisión más ancha, el OLED cristalino mostró un único pico mucho más estrecho y definido, asociado a una orientación concreta de los dipolos de transición del rubreno. En la práctica, esto demuestra que la estructura molecular también permite controlar mejor cómo sale la luz del material.
Todavía es un dispositivo experimental, pero ya funciona
Por ahora no estamos hablando de un panel preparado para instalarse en un televisor, un monitor o un teléfono móvil. El equipo todavía tiene que estudiar apartados fundamentales como la eficiencia luminosa, el brillo máximo, la estabilidad y la vida útil del dispositivo.
Aun así, ya han conseguido fabricar un OLED completo y funcional utilizando esta capa cristalina, algo muy diferente a demostrar únicamente el comportamiento del material en el laboratorio. El trabajo ha sido publicado en la revista científica Synthetic Metals por Masahiro Morimoto, Yuya Honda y Shigeki Naka.
La clave del avance está en haber demostrado que una película orgánica extremadamente fina puede cristalizarse, emitir luz y transportar las cargas con mucha más facilidad. Ahora el siguiente paso será comprobar si este proceso puede mantenerse al fabricar superficies mayores y dispositivos con un rendimiento suficiente para abandonar el laboratorio.
