Avances en OLED: Nueva espectroscopía mejora su duración.

Las pantallas de alta resolución y a todo color —como las de los smartphones plegables y los televisores ultradelgados— dependen de los diodos orgánicos emisores de luz (OLEDs). Los OLEDs están ganando popularidad debido a su flexibilidad, autoiluminación, bajo peso, diseño delgado, alto contraste y bajo consumo de energía.

Un OLED está compuesto por varias capas orgánicas ultrafinas ubicadas entre dos electrodos, cada una con una función específica. Cuando se aplica un voltaje, se acumulan cargas en las interfaces entre capas, y estas cargas se recombinan, emitiendo luz en el proceso. Aunque la estructura multicapa permite un control preciso del movimiento de las cargas y la producción de luz, también provoca una degradación gradual de los materiales orgánicos, reduciendo la vida útil y la eficiencia.

Comprender el comportamiento de las estructuras electrónicas en las interfaces de los OLED durante su funcionamiento sigue siendo un gran desafío. El profesor Takayuki Miyamae, el Sr. Tatsuya Kaburagi y el Dr. Kazunori Morimoto de la Universidad de Chiba utilizaron espectroscopía de generación de suma de frecuencias (SFG, por sus siglas en inglés) para estudiar las propiedades vibracionales y electrónicas en las interfaces de los OLEDs, proporcionando información clave sobre su comportamiento en tiempo real.

A medida que se aplica voltaje, las cargas se recombinan en las interfaces orgánicas, produciendo luz y alterando la señal SFG. Este cambio ayuda a los investigadores a observar cómo se acumulan las cargas y cómo evoluciona la estructura electrónica bajo diversas condiciones de funcionamiento. El equipo publicó su innovador enfoque no destructivo para estudiar la dinámica de carga en OLEDs en línea en el Journal of Materials Chemistry C el 10 de marzo de 2025.

Análisis de la Dinámica de Carga en OLEDs Multicapa Mediante Espectroscopía ESFG

En esta investigación, analizaron tres OLEDs multicapa distintas, cada una con diferentes tipos y combinaciones de capas orgánicas. El equipo utilizó espectroscopía de generación de suma electrónica (ESFG) para rastrear cambios en las características espectrales relacionadas con la actividad de carga y la estructura electrónica en las interfaces de los OLEDs. El profesor Miyamae explica: “Observamos cómo las variaciones en la intensidad del campo eléctrico afectan el movimiento interno de las cargas y la emisión de luz, siendo esta la primera demostración clara de estas diferencias de campo en el rendimiento del dispositivo.”

Los investigadores identificaron bandas espectrales de ESFG para cada capa orgánica comparando los espectros de absorción y las configuraciones estructurales de los tres dispositivos OLED. Al aplicar voltaje, observaron cambios en la intensidad de las señales espectrales, los cuales se vincularon a variaciones en el campo eléctrico interno y la dinámica de carga dentro de los OLEDs.

Específicamente, aplicar voltaje provocó un aumento en la intensidad de la señal en la banda de absorción de la capa de transporte de huecos (que transporta cargas positivas), mientras que la intensidad de la señal en la banda de absorción de la capa emisora de luz disminuyó. Estos cambios indican que el movimiento de las cargas varía entre las diferentes capas orgánicas, lo que da lugar a alteraciones en los espectros observados.

Impacto del BAlq en la Emisión de Luz y la Eficiencia en OLEDs

El equipo también utilizó voltajes de pulso de onda cuadrada en los dispositivos para investigar cómo cambiaban los campos eléctricos internos con el tiempo. Sus experimentos revelaron que la incorporación de BAlq —un material comúnmente utilizado para el transporte de electrones en OLEDs— altera la ubicación de la emisión de luz dentro del dispositivo. Este cambio influye no solo en el color y el patrón de la luz emitida, sino también en la eficiencia general de conversión de energía eléctrica en luz.

El profesor Miyamae comentó sobre la importancia del estudio, afirmando que la técnica ESFG ofrece un método espectroscópico revolucionario, altamente eficiente y no invasivo para analizar cómo las cargas inyectadas generan campos eléctricos en dispositivos de película delgada en estado sólido.

Esta técnica ayuda a diseñar OLEDs con mayor durabilidad, mejor eficiencia energética y menores costos, acelerando la integración de dispositivos orgánicos ultradelgados. El profesor Miyamae añade: “También puede agilizar el proceso de desarrollo de materiales, reduciendo la dependencia de pruebas por ensayo y error y de pruebas prolongadas de degradación.”

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