Matériaux organiques pour diodes électroluminescentes et lasers

La photonique organique est un domaine en plein essor qui s'intéresse de manière générale aux phénomènes et aux composants dans lesquels des photons interagissent avec des matériaux organiques. La capacité qu'ont ces derniers d'émettre très efficacement de la lumière dans tout le spectre visible est connue depuis longtemps (lasers à colorants, fluorophores organiques...), mais la découverte au début des années 1980 des semi-conducteurs organiques (dotés en outre de propriétés de transport de charges électriques) a révolutionné le domaine en permettant l'invention et le développement de nouveaux composants tels que les cellules solaires ou les diodes électroluminescentes organiques (OLED). Ces dispositifs, maintenant matures et disponibles sur le marché, tirent également parti des propriétés structurelles spécifiques des matériaux organiques telles que leur faible coût, la possibilité de les adapter à de nombreuses fonctions par ingénierie chimique, ainsi que leur facilité de dépôt et de mise en forme sur de nombreux substrats et sur de grandes surfaces. On peut ainsi viser des applications difficilement accessibles aux technologies inorganiques, telles que des « feuilles de lumière » de grandes dimensions et de manière générale des composants qui s'adaptent facilement à des technologies existantes et de faible coût.

Nous nous intéressons dans cet article à l'émission de lumière par les matériaux organiques, en posant les bases de la photophysique de ces matériaux dits « pi-conjugués » permettant de comprendre quelles sont leurs spécificités et leurs limitations. Nous développerons ensuite deux exemples d'applications à des dispositifs pratiques : les OLED et les lasers organiques. Ces deux applications ont connu des développements différents en raison de la taille différente des marchés qu'elles visent. Les OLED sont largement répandues dans le domaine de l'affichage et elles ambitionnent de devenir une référence pour l'éclairage, avec aujourd'hui plus de 100 lm/W d'efficacité lumineuse démontrés pour des OLED blanches produisant un spectre proche du spectre solaire. Les lasers organiques sont quant à eux encore à un stade de recherche, avec des applications potentielles particulièrement prometteuses dans les domaines de la spectroscopie, des capteurs ou des laboratoires sur puce.