Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
La photonique organique est un domaine pluridisciplinaire en plein essor qui s'intéresse aux phénomènes et aux composants dans lesquels des photons interagissent avec des matériaux organiques. Des dispositifs «organiques» se retrouvent dans de nombreux domaines de la photonique, des capteurs aux émetteurs de lumière. C'est à cette dernière catégorie que cet article est consacré : les bases de la physique des matériaux dits «p-conjugués » sont posées, et leurs propriétés et leur utilisation dans les diodes électroluminescentes et les lasers à base de matériaux organiques décrites.
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Sébastien FORGET : Maître de conférences - Laboratoire de physique des lasers, université Paris 13/CNRS, Sorbonne Paris Cité, Villetaneuse
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Sébastien CHENAIS : Maître de conférences - Laboratoire de physique des lasers, université Paris 13/CNRS, Sorbonne Paris Cité, Villetaneuse
INTRODUCTION
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.
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MOTS-CLÉS
OLED pi-conjugaison laser éclairage affichage capteurs spectroscopie couches minces nanostructuration de surface
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Structure et propriétés des matériaux organiques4. Conclusion
Les matériaux organiques sont devenus des acteurs incontournables du panorama de l'optoélectronique moderne. Il est maintenant possible de décliner tous les composants classiques en version « organique » : diode émettrice de lumière, laser, mais aussi transistors, capteurs, cellules photovoltaïques, éléments non linéaires, etc. À chaque fois, les propriétés sont différentes et souvent complémentaires de celles présentées par les composants inorganiques. Dans de nombreux cas, l'utilisation de matériaux organiques permet d'accéder à des fonctions totalement inaccessibles aux dispositifs inorganiques, et ce souvent à un coût très réduit et avec une facilité de fabrication appréciable. C'est en particulier le cas, pour reprendre les exemples développés dans le présent article, des feuilles de lumière blanche de grandes dimensions que sont les OLED, ou des lasers organiques accordables dans tout le spectre visible. D'un autre côté, les performances pures des semi-conducteurs de la filière inorganique sont souvent indépassables, et leur robustesse et la maturité des processus de fabrication leur assurent pour longtemps une place dominante sur le marché. Les matériaux organiques se positionnent en complément des technologies existantes, tout en étant compatibles avec ces dernières (on peut ainsi déposer très facilement un film organique aussi bien sur du silicium que sur de la silice ou que sur n'importe quel cristal) : on peut donc prévoir en parallèle du développement de composants « tout organiques » un essor de composants hybrides. Un tel exemple d'hybridation technologique démontrée en 2008 est un laser organique pompé par une LED inorganique : un tel dispositif à la fois bas coût et très compact n'a pas d'équivalent dans le monde inorganique.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LEHNHARDT (M.) et al - Impact of triplet absorption and triplet-singlet annihilation on the dynamics of optically pumped organic solid-state lasers. - Physical Review B, 81(16), p. 165206 (2010).
-
(2) - COLES (H.), MORRIS (S.) - Liquid-crystal lasers. - Nat. Photon, 4(10), p. 676 (2011).
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(3) - KIM (C.H.) et al - Modeling the low-voltage regime of organic diodes : origin of the ideality factor. - Journal Of Applied Physics, 110(9), p. 093722 (2011).
-
(4) - COROPCEANU (V.) et al - Charge transport in organic semiconductors. - Chemical Reviews, 107(4), p. 926 (2007).
-
(5) - SHIROTA (Y.), KAGEYAMA (H.) - Charge carrier transporting molecular materials and their applications in devices. - Chemical Reviews, 107(4), p. 953 (2007).
-
(6) - MOLITON (A.) - Optoelectronics of molecules and polymers. - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Institut d'optique graduate school http://www.optique-ingenieur.org/fr/
Université Paris Nord/13 http://www.optique-ingenieur.org/fr/
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