🎨 Fíjate bien en el rojo de la pantalla de tu teléfono. Parece intenso, pero no es un rojo puro. Es una pequeña mezcla de rojos, naranjas y rosas tan bien fundidos que el ojo los lee como un solo color. Esa diminuta impureza lleva décadas incrustada en la forma en que las pantallas orgánicas producen luz. Un equipo de la Universidad de Kioto acaba de reducirla casi a cero, lo bastante como para que la luz empiece a comportarse menos como una pantalla encendida y más como un láser.

El color de tu pantalla está un poco "sucio"

Cada punto luminoso de una pantalla OLED no emite una sola longitud de onda, sino una banda estrecha de ellas. Los investigadores miden el ancho de esa banda, llamado anchura a media altura (FWHM), en nanómetros. Cuanto más estrecha es la banda, más puro y saturado es el color.

Un emisor orgánico típico tiene una banda de más de 40 nm. Ese ancho equivale a una mezcla turbia de colores vecinos y limita la gama de colores que una pantalla puede reproducir, lo que los ingenieros llaman gamut. Los fabricantes disimulan el problema con filtros ópticos que eliminan los colores no deseados antes de que lleguen a tus ojos, pero filtrar sacrifica brillo y consume energía extra. Cuanto más pura sea la luz que sale del material, menos tiene que desperdiciar la pantalla limpiándola.

Es el problema que el grupo de Takuji Hatakeyama, en la Universidad de Kioto, lleva años puliendo. En 2016 crearon una familia de emisores orgánicos con boro y nitrógeno entretejidos en el esqueleto molecular, un diseño que estrechó notablemente la banda de emisión. Según el diario Nikkei, los materiales derivados de aquel trabajo de 2016 están hoy dentro de más del 90% de las pantallas OLED del mercado. (Ya habíamos hablado de estos materiales de "resonancia múltiple" de boro y nitrógeno en un papel muy distinto: un OLED capaz de generar electricidad como una pequeña célula solar.) Aun así, el color de esos materiales seguía lejos de la pureza de un láser.

Por qué la impureza es tan terca

La banda se ensancha porque la molécula se mueve físicamente. Cuando un electrón salta a un estado excitado de alta energía, la molécula se estira y vibra, y esa vibración desparrama la luz emitida por un rango de longitudes de onda cercanas.

El diseño de "resonancia múltiple" que Hatakeyama fue pionero en desarrollar combate esto fijando los electrones implicados en una disposición rígida, de modo que la molécula apenas se flexiona y la banda se mantiene estrecha. El inconveniente es que hay un límite a cuán rígida puede hacerse una sola molécula pequeña. Pasado cierto punto, ya no se puede exprimir más la impureza endureciendo una única unidad.

Encadenar las piezas básicas

El nuevo resultado sortea ese límite con otra jugada. En lugar de apoyarse en una sola unidad de resonancia múltiple, el equipo encadenó varias en posiciones cuidadosamente elegidas. Así conservaron la rigidez que suprime la vibración y, al mismo tiempo, dejaron que el electrón excitado (el excitón) se repartiera por toda la molécula, ahora más grande.

Medido en un disolvente de baja polaridad, el nuevo material emitió luz con una FWHM de apenas 5,5 nm. Para situarlo: los emisores corrientes superan los 40 nm. El diseño de 2016 los situó en torno a 28 nm e inició una década de estrechamiento progresivo, pero ni los mejores materiales se acercaban a la pureza de un láser. 5,5 nm queda muy por debajo de todos ellos. En dispositivos OLED reales, el equipo describe una emisión también mucho más nítida que la de los materiales convencionales, aunque la cifra estrella de 5,5 nm corresponde a la medición en disolución.

La afirmación de fondo está en el propio título del artículo: "Organic spontaneous emission approaching the monochromatic limit" (emisión espontánea orgánica que se acerca al límite monocromático). Un láser obtiene su color afiladísimo de la emisión estimulada, un proceso minuciosamente coordinado. Un LED o un OLED corriente se basa en la emisión espontánea, que por naturaleza es más desordenada. Lo que demuestra este trabajo es que la emisión espontánea, la barata y sencilla, puede empujarse sorprendentemente cerca de la pureza de un solo color que se suponía reservada a los láseres. Los resultados se publicaron en la revista Science el 11 de junio (hora del este de EE. UU.).

Qué podría cambiar un color casi láser

La recompensa más evidente está en las pantallas. Un color de origen más puro permite a una pantalla mostrar más colores, reproducirlos con mayor fidelidad y desperdiciar menos luz al hacerlo, lo que apunta a paneles a la vez más realistas y más eficientes. Hatakeyama lo expresó en términos más llanos al anunciar el trabajo: el resultado podría ser una imagen tan nítida que no se distinga de mirar la escena real.

Los investigadores también ven usos más allá de las pantallas. Como el truco funciona para la emisión espontánea, amplía el terreno donde un LED sencillo podría sustituir a un láser, en cualquier aparato que quiera un color limpio y único a partir de una fuente de luz barata. La iluminación, los sensores y las comunicaciones ópticas están en la lista.

Nada de esto llega mañana a una tienda. Es un avance en materiales sumado a una demostración en dispositivo, y queda por delante el largo trabajo de durabilidad, fabricación y coste antes de que un emisor de 5,5 nm aparezca en algo que puedas comprar. Pero la dirección es clara y algo desconcertante: las películas orgánicas que brillan en nuestros teléfonos quizá estén más cerca de la luz láser de lo que nadie suponía.

Japón ha suministrado en silencio, durante una década, el color que hay dentro de la mayoría de las pantallas OLED del mundo. Si estás leyendo esto en una de ellas, puede que el rojo que ves se vuelva pronto mucho más puro. ¿Cómo es la industria de las pantallas donde vives? ¿Y notarías de verdad la diferencia?

Referencias