Électroluminescence des matériaux organiques. Principes de base

La formation d’une image sur un écran est le stade ultime de tout processus de visualisation d’une information. La place, sans cesse grandissante que tient aujourd’hui la communication dans notre monde, crée de nouveaux besoins et fait apparaître de nouvelles exigences en terme de visualisation qui ne sont que partiellement comblés par les technologies existantes. En particulier, il y a un réel intérêt dans les afficheurs de faible encombrement, produisant des images lumineuses couleurs haute définition et de grande dimension visibles sous un grand angle de vue. Actuellement, le marché des dispositifs d’affichage de faible épaisseur est dominé par les écrans à cristaux liquides nématiques (écrans LCD « Liquid Crystal Display »). Toutefois, malgré les progrès remarquables réalisés ces dernières années dans le domaine des écrans LCD, ceux-ci présentent quelques désavantages liés à la physique même des effets électrooptiques mis en jeu. L’angle de vue restreint nécessite l’emploi de films de compensation coûteux. La boîte à lumière, incontournable pour assurer le rétroéclairage, ne permet pas d’accéder à des systèmes ultraminces et donc de faible poids. Par ailleurs, la dépendance en température des propriétés physiques des cristaux liquides limite le domaine de température de fonctionnement des écrans LCD.

Dans ce contexte, les matériaux organiques électroluminescents apparaissent particulièrement prometteurs, puisqu’ils allient :

• des tensions d’adressage faibles (inférieures à 5 V) ;

• des temps de réponse très courts (de l’ordre de la nanoseconde) ;

• une émission possible dans tout le domaine visible par « simple » modification de la structure chimique du matériau émetteur ;

• un grand angle de vue dû à une émission lambertienne ;

• la possibilité d’obtenir des luminances aussi élevées que plusieurs milliers de candelas par mètre carré (à titre de comparaison, la luminance moyenne d’un écran de télévision est de 200-300 cd/m²) ;

• la potentialité de réaliser des pixels de quelques micromètres qui ouvre la voie aux petits afficheurs, de haute définition ;

• enfin, la capacité nouvelle de produire des écrans souples.

Pour toutes ces raisons, de nombreuses équipes de recherche tant académiques qu’industrielles sont aujourd’hui actives dans ce domaine et les avancées technologiques accomplies depuis 1995 ont permis de lever de nombreux verrous technologiques. On peut dire que depuis 2003, la production de « masse » des systèmes de visualisation basés sur l’utilisation de composés organiques électroluminescents est une réalité.

Dans ce qui suit, après un bref historique, nous rappelons les principes physiques mis en jeu dans l’électroluminescence (EL), nous introduisons les différents rendements et les structures standards des diodes EL. Dans un second dossier Électroluminescence des matériaux organiques. Technologies, nous présentons les principaux matériaux organiques EL étudiés à ce jour. Nous discutons ensuite des problèmes liés au vieillissement des structures, à l’adressage et à l’obtention des couleurs. Enfin, les caractéristiques et les performances des démonstrateurs déjà réalisés et des afficheurs commercialisés sont décrites.