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RÉSUMÉ
Les diodes organiques électroluminescentes (OLEDs) sont des dispositifs électroniques capables d’émettre de la lumière sous l’effet d’un champ électrique. L’architecture de base d’une OLED consiste en un film mince émetteur de lumière (EML) déposé entre deux électrodes. Il existe quatre générations d’OLEDs différenciées par le processus photo-physique conduisant à l’émission de la lumière : l’OLED fluorescente, l’OLED phosphorescente, l’OLED TADF et l’OLED hyperfluorescente. Cet article présente les quatre générations d’OLEDs pour lesquelles le mécanisme d’émission de lumière est discuté à la lumière d’exemples sélectionnés dans la littérature.
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An organic light-emitting diode is an electronic device able to emit light in response to an electric current. The basic structure of an OLED consists in a thin film of organic emitting material (EML) deposited between two electrodes. There are four generations of OLEDs depending on the photo-physical process involved in the light emission: the fluorescent OLED, the phosphorescent OLED, the TADF OLED and the hyperfluorescent OLED. This article presents the four types of OLEDs for which, the mechanism of light emission will be discussed at the light of selected examples judiciously chosen in literature.
Auteur(s)
-
Joëlle RAULT-BERTHELOT : Directeur de recherche au CNRS Université de Rennes, - CNRS, ISCR-UMR CNRS 6226, Rennes, France
-
Cyril PORIEL : Directeur de recherche au CNRS Université de Rennes, - CNRS, ISCR-UMR CNRS 6226, Rennes, France
INTRODUCTION
Les diodes organiques électroluminescentes (OLEDs pour Organic Light-Emitting Diodes) sont des dispositifs électroniques dont le composant principal est un semi-conducteur organique capable d’émettre de la lumière sous l’effet d’un champ électrique. Depuis leur découverte en 1987, elles ont été le sujet d’intenses recherches de la part des chimistes, des physiciens et des électroniciens. Ces dispositifs, pour certains déjà commercialisés, se positionnent de plus en plus sur le marché de l’électronique. On les retrouve aujourd’hui dans tous types de système d’affichage, mais également dans de nouveaux objets électroniques comme les écrans flexibles et enroulables, et certains les annoncent aussi dans de futurs murs lumineux.
Si les premières OLEDs étaient basées sur des molécules ou des polymères fluorescents (1987), elles ont peu à peu cédé la place aux OLEDs à émetteur phosphorescent plus performantes (PhOLED) (1998). Dans une PhOLED, le composant phosphorescent organométallique à base de platine ou d’iridium est présent en tant que dopant dans une matrice hôte organique. En 2009, un nouveau mécanisme d’émission a été mis en évidence : la fluorescence retardée activée thermiquement permettant de s’affranchir des émetteurs phosphorescents tout en gardant des rendements d’émission élevés (TADF OLED). Plus récemment, une quatrième génération d’OLEDs hyperfluorescentes a vu le jour, ces nouveaux dispositifs combinent l’intérêt du TADF et celui de la fluorescence (3e et 1re générations) et sont annoncés comme hautement efficaces, de faible coût et d’émission de couleur de qualité supérieure. Cet article de référence a pour but de faire le point sur ces quatre générations d’OLEDs à travers leurs différents mécanismes d’émission, leurs performances et leurs limites.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des sigles et des formules utilisées.
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MOTS-CLÉS
OLED fluorescence électronique organique phosphorescence fluorescence retardée activée thermiquement hyperfluorescence
KEYWORDS
OLED | fluorescence | organic electronic | phosphorescence | thermally activated delayed fluorescence | hyperfluorescence
DOI (Digital Object Identifier)
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5. OLEDs hyperfluorescentes
Plus récemment en 2015, une quatrième génération d’OLEDs nommées « hyperfluorescent OLEDs » ou « TADF-assisted fluorescent OLED » a vu le jour . L’hyperfluorescenceTM est un concept qui combine la haute pureté de couleur d’une molécule fluorescente (spectre de fluorescence fin) et la haute efficacité d’une molécule TADF. La couche émissive de l’OLED hyperfluorescente consiste en une matrice SCO hôte, un SCO TADF et un SCO fluorescent. Ces nouveaux dispositifs sont annoncés comme hautement efficaces, de faible coût et d’émission de couleur de qualité supérieure.
5.1 Principe de fonctionnement
Dans une OLED hyperfluorescente, la couche active est un système hôte/dopant TADF, le SCO TADF étant lui-même dopé en très faible quantité par un SCO fluorescent qui sera le seul émetteur. Comme indiqué plus haut pour les OLEDs TADF dopées, lors de la mise sous tension du dispositif, des électrons et des trous provenant des électrodes sont injectés dans le SCO TADF via la matrice hôte, ils se combinent pour former des excitons dans un rapport de 25/75 singulets/triplets (figure 16). Les excitons triplets se concentrent en excitons singulets dans le SCO TADF par RISC de T1 vers S1. Il y a alors un transfert rapide des excitons singulets du SCO TADF vers le SCO fluorescent (S1 vers S1) et émission de lumière à partir de ce dernier.
Au bilan, tous les excitons formés dans la matrice hôte se retrouvent à l’état d’excitons singulets dans le SCO TADF, sont alors rapidement transférés dans le SCO fluorescent et reviennent à l’état fondamental en émettant de la lumière par fluorescence (retour de S1 vers S0). Ce transfert rapide conduit à un IQE pouvant atteindre 100 %, à une lumière émise de haute pureté (un seul émetteur fluorescent et un spectre d’EL fin) et à une durée de vie de la diode plus élevée que celle de l’OLED-TADF (stabilité...
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OLEDs hyperfluorescentes
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BERNANOSE (A.), VOUAUX (P.) - Electroluminescence organique: étude du mode d’émission, - J. Chim. Phys., vol. 50, pp. 261-263, (1953).
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(2) - POPE (M.), KALLMANN (H.P.), MAGNANTE (P.) - Electroluminescence in Organic Crystals, - J. Chem. Phys., vol. 38, no. 3, pp. 2042-2043, (1963).
-
(3) - TANG (C.W.), Vanslyke (S.A.) - Organic electroluminescent diodes, - Appl. Phys. Lett., vol. 51, no. 12, pp. 913-915, (1987).
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(4) - JIANG (Z.-Q.), PORIEL (C.), LECLERC (N.) - Emerging organic electronics, - Materials Chemistry Frontiers, vol. 4, no. 9, pp. 2497-2498, (2020).
-
(5) - AIT KACII ALI (K.) - Les meilleurs TV OLED de novembre 2020, - https://www.cnetfrance.fr/ produits/meilleures-televisions-4k-ultra-hd-39877273.htm, (2020).
-
(6) - * - https://www.ledauphine.com/magazine-lifestyle/2020/08/21/xiaomi-devoile-un-televiseur-oled-transparent.
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Global OLED technology
Kyulux
LG electronics
https://www.lg.com/fr/tvs-oled
Novaled
Osram
Philips
Samsung Display
https://www.samsungdisplay.com
Sony
Universal Display Corporation
Xiaomi
HAUT DE PAGE2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Commission internationale de l’éclairage
GDR OERA - Organic Electronics for new era (cnrs.fr)
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