Los diodos orgánicos emisores de luz (OLEDs) se encaminan con paso firme hacia su utilización en aparatos comerciales como los teléfonos móviles y las pantallas planas. Están fabricados a partir de capas de polímeros orgánicos, lo que hace que sean flexibles. Además, utilizan menos energía y materiales más económicos que las pantallas de cristal líquido.

El inconveniente es que los polímeros reaccionan fácilmente con el oxígeno y el agua, y por tanto los OLEDs son caros de producir—se deben fabricar en cámaras de alto vacío—y necesitan más capas de empaquetado de protección para asegurarse de que, una vez se integran en las pantallas, no se van a degradar en contacto con el aire o la humedad.

Karen Gleason, profesora de ingeniería química de MIT, junto a Sreeram Vaddiraju, postdoctorado de MIT, han desarrollado un proceso cuyo objetivo es solucionar los problemas relacionados con el alto coste de fabricación y la inestabilidad de los OLEDs, y al mismo tiempo mantener su flexibilidad. La solución de Gleason es un diodo híbrido emisor de luz, o HLED. El dispositivo incorporaría capas orgánicas e inorgánicas, combinando la flexibilidad de los OLEDs con la estabilidad de los materiales inorgánicos emisores de luz. “La idea es hacer una mezcla y capturar las cualidades que permiten la fabricación a bajo coste y la estabilidad,” afirma Gleason.

Gleason comienza con un sustrato de polímero conductor eléctrico, el cual crea a partir de un proceso de deposición química en fase de vapor dentro de una cámara de bajo vacío. Este es el único paso dentro del proceso que necesita vacío, lo que debería hacer que el método resultase más económico que los métodos convencionales. Para la capa emisora de luz, Gleason utiliza puntos cuánticos, nanocristales de semiconductores inorgánicos; cada punto cuántico puede ser “sintonizado” para que emita una frecuencia de luz específica. Aunque los puntos cuánticos son inflexibles por sí mismos, también son de tamaño reducido—de dos a seis nanómetros de diámetro—por lo que, incluso si se alinean juntos en una capa de película, aún así permiten que el material tenga flexibilidad.

Aunque el uso de puntos cuánticos en dispositivos emisores de luz no es una novedad, la técnica de Gleason sí lo es. El problema consiste en unir los puntos a un sustrato para que quede una capa uniforme y equilibrada, sin que se muevan. Vaddiraju afirma que utilizan un “cableado molecular.” En vez de simplemente depositar los puntos cuánticos encima del sustrato de polímero, los científicos utilizan unas moléculas como vínculo entre las capas para así unir la capa de puntos cuánticos y el polímero.

Esta molécula “de enlace cruzado” entre las capas es una “bella evolución de las estructuras actuales,” afirma Vladimir Bulovic, profesor asociado de ingeniería eléctrica en MIT y el primero en demostrar el uso práctico de los puntos cuánticos en dispositivos optoelectrónicos. La investigación de Bulovic se ha basado en otros métodos para la deposición de puntos cuánticos: la colocación de los puntos en un sustrato que se hace girar rápidamente, o técnica de centrifugado (spin-casting), así como, más recientemente, el sellado de los puntos en una superficie.

La ventaja de la técnica de Gleason, afirma Bulovic, es que “acabas teniendo una estructura muy robusta” a nivel mecánico, químico y eléctrico. “Da validez a la idea de que se pueden estabilizar puntos cuánticos dentro de estructuras orgánicas mediante el uso de uniones covalentes alrededor de ellos.” Bulovic añade que aún hay una serie de problemas que hay que superar, aunque cree que la investigación  “supone uno de esos avances que siempre esperamos que ocurran dentro de nuestro campo.”

Las uniones covalentes solucionan el problema de degradación, afirma Vaddiraju, puesto que las moléculas vinculantes se agarran a las “uniones libres” dentro del material orgánico, impidiendo que reaccionen en el aire. Esto hace que la capa de polímero orgánico quede sellada y protegida de las influencias externas.

Este tipo de enlace cruzado también debería funcionar a gran escala. En vez de tratar de solucionar el problema mecánico que supone depositar millones de nanocristales en un sustrato a través de la técnica de centrifugado o sellado, la reacción química por sí misma cablea los puntos al sustrato dando como resultado una capa uniforme y lisa. Al contrario que con procesos como el de centrifugado, la técnica de los investigadores utiliza todos los puntos y todo el polímero. “Así que desde el punto de vista del precio de los materiales, no estamos desaprovechando nada de material,” afirma Vaddiraju.

Hasta ahora, el equipo ha creado con éxito un HLED rojo, que duró 2.200 horas a 100 °C. Los investigadores creen que esto es equivalente a sus objetivos bajo temperatura ambiente: 10.000 horas, o aproximadamente menos de tres años con un uso de 10 horas diarias, que estiman es la duración que debería tener un teléfono móvil.

El siguiente paso consiste en completar los tests con puntos verdes y azules; los investigadores necesitarán que los tres colores funcionen para poder crear un prototipo completo. Después probarán cómo funciona el dispositivo con procesos de modelado rápidos—utilizando los puntos como si fueran la tinta de una impresora de inyección. Finalmente, el objetivo es poder imprimir en grandes cantidades. Puesto que las capas son tan finas y flexibles, el proceso rollo-a-rollo será simple y hará que se reduzcan los costes. “El proceso rollo-a-rollo es el mismo proceso que se usa para colocar la capa protectora metálica en las bolsas de patatas fritas,” afirma Gleason. “Y si es lo suficientemente barato como para usarse en las bolsas de patatas, debería resultar lo suficientemente económico también para su uso en pantallas.”