Proyecto BMBF NEMO: Investigación de nuevos materiales OLED bajo la dirección de Merck finalizada con éxito

Después de tres años de investigación intensiva en el campo de nuevos materiales procesables en forma disoluble para OLEDs (Diodos Emisores de Luz Orgánicos), Merck, junto con diez socios más de la industria y universidades, ha finalizado con éxito el proyecto financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF) «Nuevos materiales para OLEDs a partir de solución» (NEMO). Los materiales desarrollados recientemente ahora pueden integrarse en componentes OLED de gran superficie, por ejemplo, para televisores, pantallas iluminadas y en iluminación para objetos o espacios. Son especialmente adecuados para procesos de impresión, que debido a su alto aprovechamiento del material, permiten una fabricación de OLEDs más económica en comparación con los procesos tradicionales de evaporación con materiales en capa. El presupuesto total del proyecto fue de 29 millones de euros. Merck dirigió el consorcio de once socios.

Merck desarrolló y probó en este proyecto nuevos materiales fosforescentes para aplicaciones en rojo, verde y azul. Por ejemplo, la vida útil extrapolada en el 50% del brillo inicial (= durabilidad en uso) de materiales emisores de triplete verdes pudo aumentarse de 10.000 horas a más de 200.000 horas, al mismo tiempo que se incrementaba la eficiencia de estos materiales de 30 cd/A a más de 70 cd/A (Candela/Amperio) a una luminosidad de 1000 cd/m².

«El éxito del proyecto es un gran y importante paso para sistemas de materiales imprimibles con datos de rendimiento muy buenos», dice el Dr. Udo Heider, quien lidera el campo de negocio OLED en Merck. «De esta manera, ofrecemos a nuestros clientes procesos de fabricación rentables, que gracias a las bajas pérdidas de material en la producción, también benefician al medio ambiente.»

El alcance del proyecto abarcó desde materiales emisores de luz que se procesan a partir de una solución, hasta materiales transportadores de carga y nuevos adhesivos para el encapsulado confiable de cada componente OLED. Además, se realizaron investigaciones físicas en los materiales y en los componentes OLED, lo que permite un entendimiento ampliado para el desarrollo futuro de materiales.

Además de Merck, en el proyecto participaron las siguientes empresas e instituciones: Universidad Humboldt de Berlín, Delo Industrie Klebstoffe, Enthone GmbH, Instituto Fraunhofer para la Investigación de Polímeros Aplicados (IAP), Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG, Universidad de Potsdam, Universidad de Regensburg y Universidad de Tübingen.

Universidad Humboldt de Berlín
En la Universidad Humboldt de Berlín se fabricaron y probaron nuevos materiales de transporte de electrones mediante estrategias de síntesis modulares.

Delo Industrie Klebstoffe
La empresa se ha dedicado al desarrollo de adhesivos con baja permeabilidad al vapor de agua para el encapsulado superficial. Un foco de trabajo fue la optimización de la compatibilidad del adhesivo con los materiales OLED. Se identificaron sistemas adhesivos adecuados y se logró reducir significativamente los defectos en los componentes. Los sistemas desarrollados fueron caracterizados exhaustivamente.

Enthone GmbH (anteriormente Ormecon)
En el Centro de Ciencia Nano de Enthone en Ammersbek se desarrollaron dispersiones del polímero conductor eléctrico polianilina, con las cuales se fabricaron capas transportadoras de carga para OLEDs. Estos displays mostraron propiedades eléctricas equivalentes a las de los materiales utilizados anteriormente.
Para la caracterización de los componentes OLED, los OLEDs preparados por Merck fueron examinados mediante espectroscopía de impedancia. Se identificaron zonas inestables responsables de las cortas vidas útiles de los OLEDs. Además, a partir de mediciones de impedancia en displays sometidos a cargas cortas, se pudieron hacer predicciones sobre la duración de vida.

Instituto Fraunhofer para la Investigación de Polímeros Aplicados (IAP)
El Instituto Fraunhofer en Potsdam (IAP) desarrolló sistemas fosforescentes basados en polímeros para emisores verdes y rojos de Merck. Se unieron moléculas de transporte de carga como grupos laterales a una cadena principal de polímero, y se demostró que esto conduce a parámetros de rendimiento y duraciones de vida comparables o incluso mejorados en OLEDs en comparación con pequeños compuestos solubles. Para el «Verde» se lograron eficiencias de corriente de 61 cd/A y duraciones de 66.000 horas a 1000 cd/m².

Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG (anteriormente H.C. Starck Clevios GmbH)
La empresa desarrolló nuevos materiales para capas intermedias que mejoran la inyección de carga desde el ánodo hacia la capa emisora de OLEDs y contribuyen a aumentar la durabilidad de los componentes. La energía de trabajo de las capas de inyección de huecos ahora puede ajustarse en un amplio rango de 4.8 a 6.1 eV. Se desarrollaron aniones poliméricos solubles en agua, con los cuales se pudo realizar por primera vez materiales PEDOT libres de agua. Paralelamente, se trabajó en electrodos transparentes que se pueden separar de la solución y que contribuyen a reducir costes en la fabricación de OLEDs. La conductividad de las películas de PEDOT:PSS pudo aumentarse aún más. Se fabricaron las primeras lámparas OLED sin ITO. Combinando con líneas de plata impresas en serigrafía, se lograron superficies de OLED sin caída aparente en la luminancia desde el borde hasta el centro del componente.

Universidad de Potsdam
Investigadores de la Universidad de Potsdam estudiaron propiedades físicas como el transporte de carga y la dinámica de excitación en materiales recién sintetizados y en el componente final. En combinación con simulaciones estacionarias y transitorias, se pudo obtener información sobre qué procesos limitan la eficiencia de los diodos emisores y cuáles determinan el envejecimiento de los componentes.

Universidad de Regensburg (representada por dos cátedras)
En el grupo de trabajo del profesor Yersin se desarrollaron nuevas clases de emisores con fuerte y débil interacción metálica-metálica, que muestran el efecto de cosecha de singulettos descubierto en Regensburg. Esto permite crear emisores altamente eficientes para OLEDs basados en complejos de cobre muy económicos. Estos trabajos sobre la cosecha de singulettos con emisores de cobre desarrollados recientemente fueron galardonados en abril de 2012 con un premio a la innovación en la conferencia internacional «SPIE Organic Photonics» en Bruselas.
Además, en el grupo del profesor König se sintetizaron bibliotecas de emisores mediante un protocolo simple y combinatorio. Para la identificación rápida y casi automática, así como para la caracterización de los emisores y el estudio de su fotostabilidad, se desarrolló un sistema de cribado. De esta forma, se pudo investigar el comportamiento de degradación de muchas sustancias y sacar conclusiones sobre diferentes mecanismos de degradación.

Universidad de Tübingen (representada por dos cátedras)
Los grupos de Tübingen proporcionaron nuevos compuestos metálicos-orgánicos que pueden utilizarse como moléculas emisoras en los OLEDs. En síntesis químicas, se presentaron compuestos de coordinación de los metales rutenio, iridio, paladio, platino, cobre, plata y oro, caracterizándolos y generando nuevas estructuras conductoras prometedoras para materiales emisores.
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