Non puoi vederlo ad occhio nudo, ma un nuovo diodo organico fluorescente a emissione di luce (OLED) potrebbe far luce sullo sviluppo di applicazioni innovative in dispositivi come smartphone e schermi televisivi che utilizzano la luce nel vicino infrarosso. Creato attraverso il lavoro combinato di ingegneri del Polytechnique Montréal e chimici dell'Université de Montréal, questo OLED fluorescente è il 300% più efficiente degli OLED esistenti nella sua categoria. Il team di ricerca ha recentemente pubblicato i dettagli sulla rivista Materiali funzionali avanzati .

A differenza dei tradizionali diodi a emissione di luce (LED) - che generano fotoni utilizzando cristalli semiconduttori perfettamente assemblati - gli OLED emettono luce attraverso l'uso di molecole organiche composte da carbonio, azoto, e ossigeno. Già in uso nei display degli smartphone e nei televisori di fascia alta, La tecnologia OLED è già ben consolidata. Eppure, nonostante l'adozione da parte dell'industria, importanti sfide devono ancora essere superate per portare avanti questa tecnologia.

Su tale esempio è che gli OLED blu affrontano problemi di stabilità, che porta a una degradazione molto più rapida rispetto alle loro controparti verdi e rosse. Dall'altra parte dello spettro, gli OLED a infrarossi tendono ad essere molto inefficienti, invece di emettere fotoni a lunghezze d'onda infrarosse (creando così luce), le molecole eccitate preferiscono perdere la loro energia attraverso la vibrazione.

"Poiché la lunghezza d'onda di emissione viene spinta ulteriormente verso ciò che è considerato infrarosso, diventa più difficile sviluppare emettitori efficienti, spiega il professor Stéphane Kéna-Cohen del dipartimento di fisica ingegneristica del Polytechnique Montréal. "Pochissimi materiali organici emettono in modo efficiente in questa regione (infrarossi) dello spettro".

Il professor Kéna-Cohen e il suo team sono riusciti a trovare un modo per ridurre l'energia sprecata negli OLED a infrarossi composti da molecole puramente organiche. Professore di chimica William G. Skene (Université de Montréal), ha sviluppato due nuovi composti organici per creare questo nuovo OLED. L'emettitore del vicino infrarosso è stato ispirato da una classe di molecole precedentemente utilizzate per l'imaging biomedico, che ora consente di progettare un OLED completamente organico con proprietà senza precedenti.

Luce da terzine "scure"

Quando una molecola organica è eccitata da una corrente elettrica, si trova in uno dei due stati quantistici:singoletto o tripletta. Per la maggior parte delle molecole organiche, solo lo stato singoletto produrrà luce utilizzabile. Affinché le triplette generino fotoni in modo efficiente, atomi di metalli pesanti devono essere introdotti all'interno della struttura molecolare, aumentare il costo di produzione degli OLED.

Professor Kena-Cohen, Professor Skene, e il loro team ha trovato un modo per sfruttare l'energia delle triplette senza fare affidamento sugli atomi di metallo. La loro soluzione innovativa? Hanno progettato una molecola organica in cui gli stati singoletto e tripletto hanno livelli energetici molto simili, permettendo alle triplette di essere trasformate in singoletti emissivi attraverso un processo chiamato fluorescenza ritardata attivata termicamente (TDAF).

Con il suo picco di emissione alla lunghezza d'onda di 840 nm, l'OLED progettato dal team di ricerca ha mostrato un'efficienza quantica del 3,8%. Quest'ultimo corrisponde alla percentuale di elettroni che circolano in tutto il dispositivo, elettroni che vengono poi convertiti in luce utilizzabile. È un nuovo record mondiale per gli OLED completamente organici che emettono oltre 800 nm, superando l'efficienza dei migliori OLED fluorescenti di oltre il 300% e raggiungendo valori paragonabili a quelli degli OLED contenenti molecole a base di platino.

Nuove possibilità nelle applicazioni biomediche, riconoscimento facciale

L'eccezionale efficienza del nuovo OLED rende possibile prendere finalmente in considerazione l'integrazione degli OLED a infrarossi all'interno delle tecnologie di visualizzazione esistenti, come gli smartphone.

"Una caratteristica distintiva degli OLED è la capacità di produrre dispositivi direttamente su vetro o plastica, e su grandi aree, in netto contrasto con i LED convenzionali. Ciò consente di utilizzare gli OLED in applicazioni che sarebbero altrimenti impossibili per i LED, " spiega il professor Kéna-Cohen.

"Uno dei maggiori vantaggi degli OLED è il loro basso costo di produzione, " continua il professor Kéna-Cohen. "Tuttavia, la maggior parte degli OLED contiene ancora metalli costosi come platino o iridio, che è problematico per i costi e in termini di sostenibilità. Il nostro dispositivo utilizza molecole puramente organiche."

Il professore del Polytechnique Montréal ha anche osservato che l'assenza di emissione di luce visibile dagli OLED a infrarossi creati dal suo team di ricerca consentirebbe anche il loro utilizzo nella comunicazione wireless basata sulla luce (Li-Fi). Il professor Kéna-Cohen sottolinea inoltre che questi OLED da record mondiale potrebbero essere potenzialmente utilizzati per applicazioni biomediche, per il riconoscimento facciale, o per la fotografia notturna.

"Gli iPhone utilizzano già i laser a infrarossi per alcune funzioni di riconoscimento facciale e messa a fuoco automatica:questi sono i tipi di applicazioni in cui gli OLED a infrarossi potrebbero essere utili, " nota il professor Kéna-Cohen.