Un equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), en colaboración con otros investigadores de la Universidad de Cambridge y la Universidad de Ciencia y Tecnología de la Información de Beijing, propone un novedoso diseño de diodo emisor de luz orgánico (OLED) de color azul intenso, fabricado a partir de una serie de compuestos luminiscentes altamente eficientes, estrechamente alineados con el estándar de luz azul BT.2020.
Los materiales luminiscentes desempeñan un papel fundamental en los dispositivos OLED, influyendo en su eficiencia, pureza del color y vida útil. La búsqueda de materiales de luz azul es particularmente vital ya que no sólo proporcionan luz azul esencial para la visualización e iluminación, sino que también facilitan la generación de luz roja y verde.
El objetivo actual en la tecnología de visualización es alcanzar el estándar de gama de colores de ultra alta definición (UHD) BT.2020, especificando coordenadas de color estándar (CIE) para luz azul como (0,131, 0,046) como para satisfacer las demandas de las pantallas UHD 4K/8K. Esto plantea nuevos desafíos en el diseño de materiales emisores de luz azul.
Nueva estrategia para obtener el color azul intenso
Los investigadores introdujeron una estrategia innovadora mediante la incorporación de múltiples grupos donantes de carbazol en las unidades aceptoras de electrones de tipo resonancia múltiple (MR). El diseño no sólo confirió estados excitados de transferencia de carga de corto alcance y banda estrecha a las moléculas de luz azul, sino que también redujo la diferencia de nivel de energía entre los estados singlete y triplete de la molécula.
La eficacia de este diseño se confirmó aún más mediante cálculos teóricos, que demostraron las características de los estados excitados por transferencia de carga de corto alcance para unidades aceptoras de electrones de tipo MR y la formación de estados excitados por transferencia de carga de largo alcance. La relajación estructural en el estado excitado fue suprimida efectivamente por el estado excitado de transferencia de carga de corto alcance, logrando una emisión de banda estrecha de luz azul profunda.
Por otro lado, los investigadores redujeron la diferencia de nivel de energía entre los estados singlete y triplete de la molécula a través del estado excitado de transferencia de carga de largo alcance, mejorando el acoplamiento espín-órbita y aumentando significativamente la tasa de cruce inverso entre sistemas de la molécula.
Además, los efectos de impedimento estérico inducidos por la introducción de múltiples grupos donantes de carbazol impidieron eficazmente la agregación de unidades aceptoras de resonancia múltiple, lo que permitió a la molécula mantener una emisión de banda estrecha de luz azul profunda.
Los dispositivos OLED basados en la molécula 5Cz-BO lograron una eficiencia cuántica externa máxima del 22,8% y un valor CIE de (0,163, 0,046), muy similar al actual estándar de luz azul BT.2020. Además, la alta tasa de cruce inverso entre sistemas de 5Cz-BO permitió su uso como sensibilizador, lo que resultó en una eficiencia cuántica externa máxima del 33,1% para dispositivos sensibilizados.