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Diodes organiques électroluminescentes blanches. Nolwenn Huby Laurent Aubouy. Sommaire. Les écrans plats Les principales technologies Les écrans OLED. L’OLED Caractère semi-conducteur organique Principe de fonctionnement Génération de la couleur dans l’écran OLED.
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Diodes organiques électroluminescentes blanches Nolwenn Huby Laurent Aubouy
Sommaire Les écrans plats • Les principales technologies • Les écrans OLED • L’OLED • Caractère semi-conducteur organique • Principe de fonctionnement • Génération de la couleur dans l’écran OLED • L’OLEDblanche • Pourquoi du blanc organique? • Fabrication des dispositifs • Résultats Conclusions & Perspectives
Les écrans plats : Compétition des technologies Grandes tailles Petites tailles
Écrans non émissifs Écrans émissifs Lumière émise directement par l’écran Source de lumière Observateur Écran filtres Modulation de la lumière CRT:tube cathodique (1897/1929) PDP: écran plasma (1927) ELD:écran luminescent LCD: écran à cristal liquide (1970/1980) LCOS: cristal liquide sur silicium Les écrans plats :Principe des principales technologies OLED,PLED: écran électroluminescent organique (1990/…)
Le marché de l’écran OLED Source : Universal Display Corporation
Organic : molécule à base de carbone et d’hydrogène (couche mince) Light Emitting Diode génération de lumière sous l’application d’un champ électrique. L’OLED
Caractère semi-conducteur d’un matériau organique E 2p sp2 2s Éthylène 1s Liaison p HOMO Bande de valence Liaison p* LUMO Bande de conduction
2s, 2p… EF 1s Atome Cristal inorganique LUMO EF HOMO Molécule Molécule Cristal Moléculaire Caractère semi-conducteur : Inorganique/organique Énergie EF g(E) Énergie LUMO EF HOMO g(E) H. Ishii and K. Seki, in Dekker, Inc, New-York, 2002) p. 298
Gravure à l’eau régale Nettoyage (bain à ultra-sons) Trichloréthylène, Ethanol & eau ITO sur verre + Ozone Dépôt du PEDOT-PSS Etuve (80°, 60 minutes) • Evaporation sous vide (10-6 mbar) : • Molécules organiques Cathode • Cathode (métaux): Ca, Al Fabrication des dispositifs électroluminescents
Ca cathode V appliqué = 0 V appliqué =Vbi V appliqué =Vbi V appliqué =Vbi V appliqué =Vbi V appliqué =Vbi V appliqué > V seuil Ito /pedot ITO VERRE -a -e + Energie (eV) -b LUMO + + + ITO/PedoT Ca 1) 1) 1) 1) 1) HOMO 1) Injection de charges aux électrodes silole 3) Recombinaison radiative Fonctionnement d’une OLED 2) Transport au sein de la couche émissive. Couleur émise = fonction de la molécule utilisée
Émetteurs RGB Émetteur blanc + Filtres colorés filtres Couche protectrice électrode substrat R G B électrode substrat Génération de la couleur dans l’écran OLED
comment définir la lumière blanche? Réalisation de diodes blanches • Pourquoi des OLED blanches? • Pour source blanche dans un écran OLED avec filtres. • Pour le rétro éclairage des LCDs. • Source solide de lumière.
LiF/Al Alq3 CPVBi DCM1 NPB ITO glass • dopage d’une couche organique avec 3 types de colorants R, G, B : PAPN-NPA : émetteur bleu TPBI : confinement dans PAPN-NPA Rubrène : émetteur rouge-orange Mg:Ag 10:1 TPBI (40nm) PAN-NPA:rubrène (x %) • Notre objectif : ITO glass Emission blanche venant d’une seule molécule C.H. Chuenand Y.T. Tao, Appl.Phys.Lett. 81, p 4499 (2002) Réalisation de diodes blanches • Dans la littérature : • dispositifs multicouches : W. Xie, S. Liu and Y. Zhao, J. Phys. D : Appl. Phys. 36, p 1246 (2003) évaporation successive de 3 molécules organiques.
Synthèse de la molécule travail du chimiste essentiel ! • Une fois la molécule synthétisée : Réalisation des dispositifs électroluminescents. Caractérisation (I-V-L(-T)), spectre d’émission…). Optimisation molécule / structure du dispositif Étude des phénomènes de transport. Résultats (1) • Pour obtenir une OLED blanche :
Résultats (2) Spectre d’électroluminescence Ca/Al verre Molécule organique PEDOT ITO • (PEDOT : injecteur d’électrons • rugosité ITO ) • Domaine du visible couvert. • Coordonnées chromatiques : x=0,33 ; y=0,38
Résultats (3) • Rôle de l’épaisseur de la couche émissive Interférences modifient le spectre d’émission Possibilité de « choisir » les coordonnées.
Résultats (4) ? Apparition d’un pic Origine : à l’étude Optimisation de la diode : structure bicouche • Rajout d’un transporteur de trous (épaisseurs) • Coordonnées : 0.33 ; 0.34 ! • Performances : x 5
conclusions • OLEDs : 15 ans après: début de commercialisation. • Nouveau concept : WOLED…source solide d’éclairage • Molécule seule spectre blanc d’électroluminescence mais performances faibles… Perspectives • Améliorer les performances du blanc • Autres matériaux à l’étude (vert, bleu) • Comprendre & identifier les mécanismes de transport