Con la colaboración interdisciplinaria entre estudiantes de Ingeniería Electrónica, físicos y químicos de la Universidad Javeriana, junto con asesores externos, se pudo dar a luz, literalmente, a un dispositivo basado en polímeros orgánicos: es el primer nacimiento registrado en Colombia de un diodo orgánico emisor de luz (OLED, por sus siglas en inglés – Organic Light)El fruto de proyectos de investigación financiados por la vicerrectoría académica PUJ y Colciencias, ejecutados en el Grupo de Películas Delgadas del Departamento de Física PUJ por los estudiantes Diana Pardo y Juan Pablo Cuéllar, dirigidos por los profesores Henry Méndez y Juan Carlos Salcedo, y asesorados por los profesores Ricardo Vera del Departamento de Química y Beynor Páez del instituto Qbitón de Austria, dio luz finalmente después de un esfuerzo mantenido por casi un año.
Televisión del futuro
Estos dispositivos son el fundamento de la nueva tecnología de pantallas planas y televisores enrollables ultradelgados que promete a corto plazo sustituir las actuales tecnologías LCD (liquid crystal display) y de plasma. Su funcionamiento se basa en la emisión de luz por un polímerouando se le conecta a una batería o fuente de voltaje, cuyo color varía dependiendo del tipo de polímero escogido.
Para la fabricación de pantallas planas se requieren al menos 3 polímeros emisores de luz en los colores primarios (rojo, verde, azul: RGB) por cada pixel, cuya combinación dá lugar a la gama de colores visible y su tamaño tan pequeño del orden de los nanómetros (una millonésima de milímetro) serán el fundamento de la televisión de alta resolución del futuro.
Una televisión del futuro que promete crear menos impacto al medio ambiente, por el empleo de materiales no contaminantes basados en carbono, y mucho más ecológica debido al sustancial ahorro de energía por tener los OLED voltajes de encendido menores a 12 voltios, comparados con los miles de voltios que requiere un televisor de plasma. Una televisión con mayor vista norámica, pues puede permitir una visión de casi 360 grados si las capas orgánicas electroluminiscentes se depositan entre sustratos conductores transparentes. Y finalmente, una televisión con mayor variedad de colores derivada de la gran variedad de materiales orgánicos en los que se basa y que busca a toda costa un mayor eficiencia en el brillo.
Avanzando hacia la apropiación de nanotecnología Con la construcción del primer OLED la Universidad Javeriana da un paso adelante hacia la apropiación e implementación de la nanotecnología en Colombia. Si bien estos primeros diodos orgánicos tienen dimensiones de milímetros, la idea a corto plazo es ir implementando en el Grupo de Películas Delgadas PUJ la técnica de fotolitografía (del griego escribir con luz), tecnología muy empleada actualmente en la fabricación de procesadores y circuitos integrados, con el objeto de crear paulatinamente diodos orgánicos con áreas luminosas de menores dimensiones, llegando al orden de los nanómetros, e incluso manipular diodos orgánicos de formas arbitrarias con alta resolución.
Para dar ese paso ya se tienen algunos equipos en etapa de prueba, pero por encima de adquirir otros, se debe sobre todo dominar mejor la técnica de fabricación y aprender mucho más de los procesos físicos y químicos de los procesos luminiscentes y de transporte electrónico involucrados en su funcionamiento, el cual es el objetivo central de la tesis de pregrado de los estudiantes.
Construcción de OLEDs y principio de funcionamiento
El núcleo central del OLED es una capa constituida por una molécula orgánica electroluminiscente llamada PPV (abreviatura de poli-para-fenilen vinileno). Esta capa recibe electrones de un contacto metálico (cátodo) y cargas positivas desde un electrodo transparente (ánodo), las cargas recombinan y su energía eléctrica se transforma en luz. Como contacto metálico se emplea aluminio, el cual es sublimado en una cámara de vacío a la que se le ha extraido el aire hasta presiones comparables a las del espacio exterior para evitar su oxidación.
El electrodo transparente es una capa de óxido de estaño dopado con indio (SnO2:In) más conocido como ITO, el cual está depositado sobre un sustrato de vidrio. Esta capa de ITO inyectora de cargas positivas debe ser altamente transparente para permitir que la luminiscencia generada en la capa orgánica luminiscente pueda ser observada.
Adicionalmente, para ayudar al transporte de cargas positivas hacia la capa luminiscente, sueledepositarse una capa adicional de un material orgánico llamado PEDOT.
El proceso de construcción de OLEDs puede resumirse así: Se prepara una solución de moléculas de PPV disueltas en tolueno, y otra solución de moléculas de PEDOT disueltas en agua. Se toma unsustrato que contiene una capa de ITO y se coloca sobre un disco rotatorio a altas revoluciones.
Se dejan caer gotitas de la solución que contiene PEDOT sobre el sustrato girando y por consiguiente la gota se esparce uniformemente sobre la superficie del sustrato, dando lugar a la formación de una película delgada. Este proceso es conocido en la industria de semiconductores como “Spin Coating”. La película obtenida se hace secar en un horno para que las moléculas orgánicas se fijen al sustrato. Este mismo proceso de Spin Coating junto con el secado se repite para la molécula electroluminiscente PPV. Posteriormente el sustrato se lleva a la cámara de alto vacío para que le sea depositado finalmente su contacto metálico.
Resultados para todos Lograr emisión de luz en los diodos orgánicos fué el resultado de todo un equipo de trabajo científico y de la política de la Vicerrectoría académica PUJ con el programa de formación de profesores en el extranjero y el programa de apoyo a proyectos de investigación.
Ese proceso de investigación científica y apropiación tecnológica no es nada sencillo, pues exige de los estudiantes alta disciplina y la apropiación de técnicas de crecimiento de materiales, caracterización de propiedades eléctricas, ópticas y estructurales de materiales, además de una capacidad de análisis de un gran volumen de datos en tiempo récord, con el objeto de tener criterios para proponer métodos de optimización de la eficiencia de los dispositivos.
En fin, todo un proceso de entrenamiento para que el egresado Javeriano posea experiencia y herramientas para trabajar en grupos multidisciplinarios de la industria o académicos, con reconocida trayectoria a nivel nacional o internacional. Por fortuna, la formación recibida a lo largo de su carrera, posibilita que haya una cantera de estudiantes javerianos dispuestos a asumir con entusiasmo las tareas, retos y responsabilidades de la investigación científica y la apropiación tecnológica.
La tarea no es fácil, pero la recompensa inmensa: ser pioneros en el campo de la electrónica orgánica en el país, líderes a nivel regional con excepción de Brasil y con la responsabilidad de ayudar a la consolidación de una comunidad académica y científica más fuerte: relevos generacionales.
Lo que sigue
Con la obtención de los primeros OLED se abre una puerta para muchos trabajos de investigación: investigar y optimizar los mecanismos de emisión de luz. Mejorar el proceso de fabricación y estudiar técnicas para detener el proceso de envejecimiento y aumentar la duración y luminiscencia de los dispositivos. De igual manera este logro permite la exploración de métodos de fabricación de celdas solares basadas en semiconductores orgánicos, pues se trata de un dispositivo similar pero que funciona al revés: toma luz y genera electricidad. Esto seguramente se verá reflejado en el desarrollo de nuevos proyectos de investigación y de nuevos trabajos de grado.
Mas info: http://www.javeriana.edu.co
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