Un equipo de investigadores internacionales acaba de resolver cómo las moléculas pueden emitir colores más puros (el azul) para pixeles de pantallas usando cálculos mecánico-cuánticos. Conseguir la máxima eficiencia, resolución y menor consumo energético en dispositivos como teléfonos móviles, relojes inteligentes o tabletas es uno de los retos científicos y tecnológicos del momento. Sirva como ejemplo, solo en la UE se renuevan cada mes diez millones de teléfonos móviles. Si ampliamos estas cifras a escala global y durante unos años, el resultado es un consumo de energía en el planeta y un impacto ambiental brutal.
Este trabajo ha sido publicado en la revista científica Nature Communications. Este cuenta con el investigador del Departamento de Química Física y miembro del Grupo de Química Cuántica de la Universidad de Alicante, Juan Carlos Sancho. Junto a él Yoann Olivier (Universidad de Mons, Bélgica), Luca Muccioli (Universidad de Bolonia, Italia) y Eli Zysman-Colman (Universidad de Saint Andrews, Reino Unido).
Según Sancho, últimamente estamos asistiendo al lanzamiento de toda una serie de productos de consumo cuya pantalla es cada vez más plana y ligera, de mayor resolución y con un menor consumo energético conforme la tecnología OLED (Organic Light-Emitting Diodes) -diodo orgánico de emisión de luz- va sustituyendo a la LCD (Liquid Crystal Displays) o conviviendo con la tan extendida LED (Light-Emitting Diodes).
Las posibilidades del OLED
“Los diodos OLED están formados por moléculas orgánicas que se sintetizan en un laboratorio. Y cuyas posibilidades son casi infinitas ya que se puede controlar cualquier variación química que se desee”. Así lo explica el investigador de la UA al preguntarle por el impacto ambiental que supondrá. Además, los elementos orgánicos (carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, etc.) son precisamente los más abundantes y los más biodegradables.
En cambio, los LEDs de los píxeles están formados por elementos no muy abundantes en la corteza terrestre. Es el caso del galio, el germanio o el indio, entre otros. Eso implica su posible agotamiento en un futuro, las dificultades para su extracción y manufactura, problemas derivados de su toxicidad o un amplio gasto en energía para su procesado, matiza el investigador.
Recientemente, la Sociedad Europea de Química (EuChemS) ha publicado una tabla periódica, -2019 ha sido declarado el Año Internacional de la Tabla Periódica-, donde se muestra la abundancia de los elementos químicos y su disponibilidad en el futuro:
En un teléfono móvil se encuentran presentes hasta más de treinta elementos químicos, en sus diferentes componentes. Y una buena parte de ellos tienen una disponibilidad limitada o en riesgo. Incluso provienen de minerales que se sacan en zonas bajo conflicto, etc.
Alcanzar el 100% de eficiencia
Aunque las prestaciones y ventajas de esta tecnología son innumerables, uno de los desafíos es aumentar su eficiencia. Esta se entiende como la relación entre el número de electrones que llegan a la pantalla, procedentes de la batería, y el número de fotones (partículas de luz) que emite esta. Eso es lo que repercute en la calidad e intensidad de la imagen. “Hasta ahora, por ciertas reglas de la mecánica cuántica, solo se ha alcanzado un 25% de eficiencia. Además, mientras que los colores rojo y verde se encuentran muy desarrollados, no pasa lo mismo con el color azul, el más energético. Para este aún hay mucho margen de mejora”, señala.
La investigación propone un nuevo mecanismo de emisión de luz denominado ‘Thermally Activated Delayed Fluorescence’ (TADF). La Fluorescencia retardada activada térmicamente conseguiría explorar otras vías moleculares. Y, así, alcanzar el 100% de eficiencia en el mecanismo de funcionamiento de OLEDs.
“Si la eficiencia de un dispositivo es cercana al 100% las ventajas son claramente competitivas. Consumo mucho más bajo y aumento considerable del tiempo de vida y del número de horas en funcionamiento de la batería, ya que la pantalla consume una buena parte de la misma. Calidad inigualable en la imagen porque el número de pixeles aumenta a la vez que mejorará el brillo y resolución. Y mejores prestaciones mecánicas como una mayor ligereza. E, incluso, la posibilidad de tener pantallas curvas o enrollables”, apunta.
Conseguir el azul puro
Ahora bien, este mecanismo presentaba una desventaja fundamental. Según Sancho, “si bien se lograba superar ese 25% de eficiencia en OLEDs fabricados a partir de esa tecnología, los fotones que se emitían era muy poco intensos, poco luminosos. Eso desmerecía las prometedoras prestaciones. Por tanto, parecía complicado mejorar la conversión completa de electrones en fotones a la vez que tener un color azul puro”.
Experimentalmente, en 2016 el científico japonés Takuji Hatekayama demostró que era posible hacerlo con un tipo particular de moléculas. Pero se desconocían las razones fundamentales de ello. Con este nuevo estudio, -destaca el investigador- “hemos encontrado las razones físicas para ese comportamiento aplicando métodos químico-cuánticos más sofisticados de lo habitual. Eso permitirá de ahora en adelante avanzar en esta dirección”. Y es que, según Sancho, “aunque estas escalas de trabajo son propias del mundo microscópico, y en principio puedan parecer alejadas de nuestro mundo cotidiano al hablar de moléculas constantemente, las grandes compañías trabajan desde hace tiempo en esas condiciones. Tratan de miniaturizar al máximo los componentes electrónicos de cualquier dispositivo y aumentar sus prestaciones al mismo tiempo”.
