Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Le principe de fonctionnement d’une diode organique électroluminescente á base de petites molécules (OLED) est décrit et l’optimisation du dispositif est discutée, notamment l’architecture multicouche et le dopage des couches de transport et d’émission. Ces stratégies ont permis de tels progrès qu’il est envisageable pour les diodes organiques de remplacer les LED inorganiques (Light-Emitting Diodes) pour des applications d’éclairage ou bien les LCD (Liquid Crystal Display) pour de la visualisation. Les performances requises pour l’éclairage sont présentées et un bref état de l’art est proposé. Les caractéristiques d’un écran OLED sont comparées avec celles d’un écran LCD. Les différentes stratégies d’adressage sont aussi discutées.
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The operating principles of organic light emitting diodes using small molecules (OLED) are discussed. The development of multilayer architectures and doping of the transport and emitting layers are reviewed. Those strategies enabled dramatic improvements of the OLED performances such that they became competitive against their inorganic counterparts. The required performances for lighting applications are summarized and the various device architectures for having a white emission are described. For display applications, a comparison with LCD is done and the schemes for addressing OLED pixels are discussed.
Auteur(s)
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Christophe FÉRY : Thomson R&D France
-
Philippe LE ROY : Thomson R&D France
INTRODUCTION
Les premiers résultats d’électroluminescence (EL) organique datent des années 1960 avec l’étude de molécules d’anthracène par Pope et coll. [1]. Mais il faut attendre 1987 pour que soit rapportée la fabrication d’une diode EL à base de matériaux organiques évaporés (petites molécules) qui présente un meilleur rendement lumineux que son équivalent inorganique (1,5 lm/W contre 0,5 lm/W [2]). Puis en 1990, Burroughes et coll. présentent les premiers résultats de diode EL à base de polymères déposés à partir d’une solution [3]. Il apparaît alors possible de fabriquer des afficheurs susceptibles de remplacer ou compléter les dispositifs alors disponibles (tube cathodique CRT, écran à cristaux liquides LCD, écran à micropointes FED, écran plasma…). Depuis, la R&D autour de ce sujet est devenue très active et génère d’importants investissements.
Les raisons pour utiliser l’EL organique pour des applications de visualisation sont les suivantes :
-
bon rendement lumineux (∼ 1 lm/W pour afficher du blanc avec un fort potentiel d’amélioration) ;
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faible tension de commande (Vseuil < 3 V, opération < 10 V) ;
-
très faible temps de réponse (bien adapté pour l’affichage vidéo) ;
-
technologie émissive : la consommation électrique est fonction du contenu de l’image ;
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grand angle de vue (émission lambertienne) ;
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faible épaisseur (déterminée par l’épaisseur du substrat et de la méthode d’encapsulation) et possibilité d’utiliser des substrats souples ;
-
potentiellement bon marché (dispositifs à base de simples couches minces, procédé de fabrication basse température compatible avec de grandes surfaces, élimination des filtres colorés et de la boîte à lumière des LCD…).
Cependant, il reste un certain nombre de verrous technologiques qu’il est nécessaire de lever pour bénéficier de ces avantages. Ce sont :
-
durée de vie (< 10 000 heures actuellement) et sensibilité à l’humidité, l’oxygène et la température (nécessité d’encapsuler avec un capot de verre ou métallique et utilisation/stockage à moins de 60 ˚C) ;
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vieillissement différentiel des pixels rouges, verts et bleus en fonction de leur utilisation : fort marquage probable et dégradation des couleurs ;
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développement de l’adressage à matrice active (développement de matrices de transistors poly-Si adaptées et bon marché) ;
-
développement d’outils de production industrielle adaptés.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
display | lighting
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1990 par Alain COUSIN
- Version courante de avr. 2014 par Christophe FÉRY, Philippe LE ROY
DOI (Digital Object Identifier)
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Adressage3. Fiabilité
La définition la plus courante de la durée de vie est le temps T 1/2 au bout duquel la luminance initiale L 0 (arbitrairement choisie égale à 100 cd/m2) est divisée par deux, à tension de fonctionnement constante. Il a été démontré empiriquement que cette durée de vie est liée à L 0 et donc à la densité de courant initiale :
Même si la durée de vie des dispositifs organiques électroluminescents reste un point dur pour l’industrialisation d’afficheurs, des progrès considérables ont été réalisés (de quelques minutes à plusieurs milliers d’heures en fonction des matériaux). Ces progrès ont été possibles grâce à la compréhension des mécanismes de dégradation.
Compte tenu de l’extrême finesse des films minces organiques (< 100 nm), la principale cause de dysfonctionnement est le court-circuit. Il convient donc de travailler dans des conditions de propreté de salle blanche pour éviter les poussières.
L’état de surface de l’anode (ITO) est aussi primordial. En effet, si l’anode est très rugueuse (ce qui est le cas pour l’ITO standard utilisé dans l’industrie du LCD), cela entraîne des inhomogénéités d’épaisseur des films organiques déposés ensuite. La conséquence est le passage électronique très localisé qui conduit à un échauffement et une destruction du matériau. De la même façon, des discontinuités dans les films organiques (mauvaise mouillabilité des matériaux, trop forte rugosité de l’anode…) sont autant de possibilité de courts-circuits.
On peut aussi mettre en évidence les interactions entre l’anode et l’organique : diffusion sous champ électrique d’indium de l’anode vers la couche émettrice, oxydation des organiques au contact de l’oxygène présent à la surface de l’anode (pour les PLED, oxydation des dérivés PPV par l’ITO) ou même dégradation d’Alq3 en cations due à un excès de trous injectés dans la structure (pour les OLED). On voit alors tout l’intérêt des couches tampons utilisées dans les dispositifs pour éviter...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - POPE (M.), KALLMANN (H.), MAGNATE (P.) - Electroluminescence in organic crystals. - J. Chem. Phys., 38, 2042 (1963).
-
(2) - TANG (C.W.), VAN SLYKE (S.A.) - Organic electroluminescent diodes. - Appl. Phys. Lett., 51, 913 (1987).
-
(3) - BURROUGHES (J.H.), BRADLEY (D.D.C.), BROWN (A.R.), MARKS (R.N.), MACKAY (K.), FRIEND (R.H), BURNS (P.L.), HOLMES (A.B.) - Light-emitting diodes based on conjugated polymers. - Nature, 347, 539 (1990).
-
(4) - KITTEL (C.) - Introduction à la physique de l’état solide. - Dunod, Paris (1983).
-
(5) - BRAUN (D.), HEEGER (A.J.) - Visible light emission from semi conducting polymer diodes. - Appl. Phys. Lett., 58, 1982 (1991).
-
(6) - JABBOUR (G.E.), KAWABE (Y.), SHABEEN (S.E.), WANG (J.F.), MORRELL (M.M), KIPPELEN (B.) - Highly efficient and bright organic electroluminescent devices with an aluminum cathode....
ANNEXES
SHENG-HSIUNG (Y.) - Synthèse et caractérisation des dérivés de poly(2,3-diphényl-1,4-phénylène vinylène) et des composites poly (1, 4-phénylène vinylène)/nanoparticules d’oxyde : propriétés optiques et électriques des diodes utilisant des films composites comme couches actives. - Université de Nantes (2004).
IP (J.) - Réalisation et étude des diodes à base d’un dérivé de poly(p-phénylène vinylène) (PPV) : le 4,4’-bis(4-diméthylaminostyryl) benzène (DMASB) : influence des interfaces sur les caractéristiques électriques et les phénomènes de transport. - Université de Nantes (2004).
BERLIOCCHI (M.) - Optoelectronic devices based on organic materials : design, fabrication and characterization. - Université des sciences et technologies de Lille (2003).
VAUFREY (D.) - Réalisation d’OLED à émission par la surface : optimisation de structures ITO/semi-conducteurs organiques. - École centrale de Lyon (2003).
HAUT DE PAGE
Toshiba Matsushita Display Technology
http://www.tmdisplay.com/tm_dsp/index.htm
Kodak
http://www.kodak.com/go/display
Cambridge Display Technology (PLED)
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