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QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE

QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE. Nanotechnologies : matériaux et structures. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE. Nanotechnologies : matériaux et structures. OLED et nanostructures : applications à l’affichage et à l’éclairage.

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QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE

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Presentation Transcript

  1. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures

  2. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures OLED et nanostructures : applications à l’affichage et à l’éclairage ALEXIS FISCHER, Marie Claude CASTEX, Sébastien CHENAIS, Hakim CHOUKRI, Sébastien FORGET, Equipe LUMEN, LABORATOIRE DE PHYSIQUE DES LASERS UMR7538 CNRS Alain SIOVE, Dominique ADES, Equipe Candela, LABORATOIRE DE BIOCHIMIE ET DE POLYMERES SPECIALISES UNIVERSITÉ PARIS 13 IUT DE VILLETANEUSE. BERNARD GEFFROY du Commissariat à l’Energie Atomique - CEA Saclay

  3. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Plan de l’intervention • 1: Présentation et définition • La présentation essayera de mettre en lumière la « filière » organique en la comparant aux filières électroniques ‘traditionnelles’ (silicium, GaAs, NiGa…) • Qu’est ce qu’un semi-conducteur organique ? • Qu’est ce que l’électroluminescence ? • Quelles structures à base de matériaux organiques permettent d’émettre de la lumière ? Qu’est ce qu’une OLED? • 2: Les applications des OLEDS: • Les procédés de fabrication • L’affichage • L’éclairage

  4. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Qu’est ce qu’un semi-conducteur organique ? MOLECULES : petites molécules (monomères, dimères), grandes molécules (polymères). Les électrons sont ‘’limités’’ à la molécule. LIAISON pi CONJUGUEE : alternance de simples et double liaisons : (moins bonne conductivité) Nanotechnologies : matériaux et structures Définition donnée en chimie : Organique :Les molécules sont des assemblages d’atomes de carbone, d'hydrogène, d'oxygène et d'azote. On dit organique par opposition aux semi-conducteurs inorganiques tel le silicium (chimie minérale). Quelles différences entre les semi-conducteurs organiques et les semi-conducteurs inorganiques ? Point commun : Liaison covalente = double liaison : (électrons mis en commun par les atomes) permet une semi-conductivité. Un cristal semi-conducteur fait d’ATOMES de silicium assemblés

  5. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE L’électroluminescence organique Nanotechnologies : matériaux et structures Energie des électrons Niveau d’énergie des électrons libres (conduction) L U M O Bande de conduction Semi-conducteur cristallin ORGANIQUE Niveau d’énergie des électrons qui assurent la cohérence du cristal Bande de valence H O M O • Les niveaux d’énergie: LUMO : Lowest Unoccupied Molecular Orbital. HOMO : Highest Occupied Molecular Orbital. • L’émission de lumière • Le Gap définit la couleur e- LUMO Émission de lumière Energie de Gap HOMO

  6. YELLOW EMITTERS 6,6’-bis(2-cyano 2’-alkylcarboxylate)-N,N’-dialkyl-3,3’-bicarbazolyl max photolum. = 575 nm 5,6,11,12Tetraphenylnaphtacene max photolum. = 550nm Para-dialkylamino (,’-cyano alkylcarboxylate)-styrene max photolum. = 583 nm Green Emitter Al(Q 3) tris (8-hydroxyquinolinate d’aluminium) Red Emitters PteOEP Nile REd DCM2 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Une bibliothèque de matériaux organique La filière organique offre une bibliothèque de matériaux beaucoup plus large que les semi-conducteurs cristallin

  7. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Produire de la lumière en injectant des électrons ? • Quelle structure pour produire de la lumière ? • Injecter des électrons dans un matériau organique entre 2 électrodes • Problème : Peu de lumière produite : rendement quantique faible Electrode Matériau Organique électroluminescent Electrode électrons LUMO e- e- e- Emission de lumière Trous HOMO + +

  8. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Une barrière à électrons pour produire plus de lumière ! • Une barrière à électrons : une DIODE • des rendements de quelques % comparable au LED de la filière électronique semi-conducteurs cristallins Electrode Matériau Organique 1 Matériau Organique 2 Electroluminescent Electrode électrons LUMO e- e- LUMO Emission de lumière Trous HOMO + HOMO

  9. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Des couches de transports avec des niveaux à adapter. • Optimiser les niveaux d’énergie : couche de transport et couche d’injection, choisir les matériaux adaptés. • des rendements quantique de quelques % comparables au LED de la filière électronique semi-conducteurs cristallins

  10. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures

  11. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Mélange des couleurs Bleu +Jaune = Blanc

  12. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Electronique organique : les matériaux Avantages Chimie : flexibilité => fonctionnalisation Bas coût, grande surface, souplesse… Faible investissement (usine) : permet marchés de niche Inconvénients Durée de vie, performances encapsulation • Fournisseurs matériaux • MERCK (AVECIA et COVION), DUPONT,DOW CHEMICALS, XEROX, KODAK… DYES, ALDRICH

  13. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Toutes les couleurs du visible

  14. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Les technologies associées : deux voies possibles Voie sèche Évaporation sous vide Voie humide Impression, enduction Epson

  15. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Objets commerciaux à afficheur OLED/PLED MP3 : 40% des écrans sont des OLED

  16. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Prototypes écran OLED 2005 SAMSUNG 1 dalle de 40’’ 2004 EPSON 4 dalles de 20’’

  17. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Possibilité de dispositifs flexibles Universal Display Corporation L=200 cd/m2, e= 175 µm Pixels : 400 µm x 500 µm PLED Dupont Plastic Substrate

  18. LED AlGaInN OLED Petites molécules polymères QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Nouvelles sources d’éclairage SSL (Solid State Lighting) Source ponctuelle Film mince Ep ~ < 1 mm Surface conformable Source étendue

  19. < 20 lm/W <100 lm/W QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Nouveaux concepts d’éclairage Monochrome OLEDs have already surpassed the efficiency of the light bulb (Source: Novaled) Example of a functional light source: make-up mirror with integrated OLED light source (Source: Merck).

  20. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures WOLED: état de l’art • Performances à 1000 cd/m² • 15 lm/W • CCT: 4400 K • CRI: 88 • CIE: x= 0.36; y= 0.36 Equivalent ampoule 80W Source: General Electrics

  21. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures OLED Eclairage NOVALED : record du monde Développement d’une OLED verte pour l’éclairage avec une efficacité de 110 lm/W at 1000 Cd/m2 : c’est 50% de mieux que les LEDs inorganiques Objectif de NOVALED : dépasser les tubes fluorescents dans le blanc PRESS RELEASE Dresden, February 16th 2005

  22. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures OLED, électronique organique, une filière alternative Merci pour votre attention

  23. Semi-conducteur Organique Amorphe : (Molécules en vrac) facilité de mise en forme. Contact réduit entre molécules. Mise en œuvre : évaporation, enduction, moulage, impression, support souple. Thermique : Les grandes molécules (polymères) se détruisent à la chaleur plus vite que les petites molécules. (qq 100°) Electronique : Plutôt isolant (légèrement semi-conducteur). Nécessité de travailler en couches très minces (quelques dizaines de nanomètres) Bibliothèque de matériaux pour la couleur. ‘mélanges’ possibles Semi-conducteur cristallin Structure : Cristal (ordonné) Nécessite de savoir faire croître des cristaux. Mise en œuvre : Géométrie essentiellement planaire Thermique : Résiste à la chaleur. Electronique : Semi-conducteur. Le dopage permet de modifier la conductivité. Tous les intermédiaires entre isolants et conducteurs existent Toutes les couleurs n’existent pas. QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Résumé et comparaison des propriétés Nanotechnologies : matériaux et structures Propriétés : Comparaisons

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