Los diodos emisores de luz orgánicos (OLEDs) son eficientes en cuanto a energía y emiten una luz bien definida, aunque los altos costes de fabricación han evitado que estén tan ampliamente disponibles como las pantallas de cristal líquido (LCDs), especialmente en grandes dispositivos tales como los televisores. Un nuevo tipo de OLED podría ayudar a reducir los costes de fabricación y hacer que la tecnología fuera mucho más accesible.

"No existe ninguna buena solución para hacer aparatos electrónicos con OLEDs que se puedan escalar de forma económica", afirma Andrew Rinzler, profesor de física en la Universidad de Florida. Rinzler dirigió los trabajos de desarrollo de un tipo de electrónica para OLEDs con la que espera aportar una solución. El trabajo fue financiado en parte por la empresa de capital de riesgo Nano Holdings.

Los píxeles en las pantallas OLED usan transistores para estimular moléculas orgánicas, que emiten diferentes colores de luz. Las pantallas OLED no necesitan los ineficientes filtros de luz que hacen que las LCD desperdicien una gran cantidad de energía. Sin embargo las LCD dominan el mercado en gran parte gracias a que las matrices de transistores de silicio amorfo utilizadas para hacer funcionar las LCDs se pueden fabricar en áreas tan grandes como una puerta de garaje de un único coche, y luego cortarse en pedazos más pequeños para hacer pantallas para televisores y otros dispositivos. La fabricación a esta escala ayuda a mantener bajos los costes.

Los fabricantes de pantallas OLED no pueden utilizar la misma electrónica puesto que la conmutación de los píxeles OLED requiere una corriente relativamente alta que rápidamente quemaría los transistores de silicio amorfo. En su lugar, las pantallas OLED de hoy día se construyen en sobre matrices de transistores de silicio policristalino más caro. La pantalla OLED más grande en el mercado (en Europa, y aún no está disponible en los EE.UU.) es un modelo de 15 pulgadas fabricado por LG. Su precio es de poco más de 2.300 dólares; el mismo tamaño de TV LCD cuesta menos de 200 dólares.

Un tipo de electrónica OLED menos costosa podría, en teoría, fabricarse mediante el uso de materiales orgánicos para los componentes electrónicos además de los píxeles. Los transistores fabricados usando semiconductores orgánicos ofrecen las altas corrientes necesarias para hacer funcionar los píxeles OLED. Sin embargo los electrones se mueven lentamente a través de los transistores orgánicos convencionales, lo que provoca que las pantallas no refresquen la imagen lo suficientemente rápido. Para acelerar estos transistores, los ingenieros han alterado el diseño, reduciendo los componentes para que los electrodos de fuente y drenaje estén más juntos y hacer que el canal sea más pequeño. Esto hace que el dispositivo sea más rápido puesto que los electrones no tienen que viajar tan lejos a través de la materia orgánica que conforma el canal, que por su parte es incapaz de conducir los electrones muy rápidamente. Sin embargo, fabricar tales dispositivos de alta resolución requiere de costosas técnicas de litografía.

Un método menos costoso, desarrollado por Rinzler y sus colegas, consiste en acercar los electrodos de fuente y de drenaje de un transistor mediante el apilamiento de los componentes uno encima del otro, en vez de lado a lado. Rinzler creó estos transistores depositando una delgada película de óxido de aluminio sobre un sustrato de vidrio como electrodo de drenaje, para a continuación añadir una capa de una molécula orgánica semiconductora como canal. Después añadió una capa diluida de nanotubos de carbono como electrodo de fuente, y más tarde una capa de oro como contacto eléctrico. Cada una de estas películas es muy delgada, lo que permite un buen rendimiento sin necesidad de técnicas de litografía de alta resolución, afirma Rinzler.

Los nuevos dispositivos electrónicos de Rinzler, descritos por Internet en la revista Nano Letters, también operan a una décima parte del voltaje convencional de la electrónica OLED, lo supone un ahorro de energía. Los investigadores de Florida todavía no han conseguido crear grandes superficies de pantallas OLED activadas por estas matrices de transistores verticales, aunque Rinzler afirma que los transistores operan bajo niveles adecuados de intensidad y tensión para lograrlo. Aunque los investigadores hasta ahora han estado creando estas matrices sobre vidrio, las técnicas utilizadas para hacerlas son compatibles con los sustratos flexibles y podrían ser utilizadas para fabricar pantallas OLED flexibles.

La estructura de electrónica vertical fue propuesta por primera vez en 1994 por Yang Yang, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de California, en Los Ángeles, y Alan Heeger, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de California, en Santa Bárbara. Heeger compartió el Premio Nobel 2000 de Química por el descubrimiento y desarrollo de polímeros conductores como los utilizados en el nuevo dispositivo. A mediados de la década de los 90, Yang y Heeger comenzaron a desarrollar estos dispositivos a través de una empresa llamada UNIAX, que fue posteriormente adquirida por DuPont. Cuando ambos llevaron a cabo su trabajo original, el rendimiento de los materiales disponibles no era tan bueno como lo es hoy.

"Los nanotubos de carbono no estaban disponibles en 1994", asegura Yang. En el dispositivo de Rinzler, afirma, la delgada capa de nanotubos permite que se escape muy poca corriente, un problema que drenaba la potencia de los diseños previos. Los dispositivos de Florida también cambian mucho más rápidamente de lo que era posible en el pasado. "Realizaron un trabajo excelente a la hora de hacer que el dispositivo funcione mucho mejor. Estoy seguro de que el trabajo tendrá un impacto importante en la electrónica orgánica", afirma.

En la actualidad, Rinzler está trabajando para simplificar la arquitectura de las pantallas OLED, con la esperanza de reducir aún más los costes de fabricación y la complejidad. En lugar de construir un píxel de emisión de luz en la parte superior de los transistores, Rinzler quiere construir transistores orgánicos de bajo consumo que emitan luz por sí mismos. Su grupo ha demostrado que es posible crear transistores orgánicos emisores de luz si los materiales activos son electroluminiscentes, aunque estos transistores sólo funcionan con tensiones altas, haciéndolos poco prácticos. Rinzler cree que la arquitectura vertical, basada en electrodos de nanotubos, podría mejorar en gran medida la eficiencia de estos dispositivos.