Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
Les matériaux organiques électroluminescents sont de très bons candidats pour une nouvelle technologie d’affichage. Leurs avantages rivalisent facilement avec ceux des écrans LCD, notamment des tensions d’adressage faibles, des temps de réponse très courts, un grand angle de vue, des luminances très élevées, et la capacité de produire des écrans souples. Dans les dernières décennies, les progrès ont été tels que la production de masse des systèmes de visualisation basés sur l’utilisation de composés organiques électroluminescents est devenue une réalité. Cet article fait une présentation détaillée de ces matériaux organiques, des mécanismes en jeu et de la possibilité d'améliorer les rendements lumineux.
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Pierre LE BARNY : Groupe composants optiques et solutions sécuritaires Thales Reasearch and Technology – France
INTRODUCTION
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 :
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des tensions d’adressage faibles (inférieures à 5 V) ;
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des temps de réponse très courts (de l’ordre de la nanoseconde) ;
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une émission possible dans tout le domaine visible par « simple » modification de la structure chimique du matériau émetteur ;
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un grand angle de vue dû à une émission lambertienne ;
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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) ;
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la potentialité de réaliser des pixels de quelques micromètres qui ouvre la voie aux petits afficheurs, de haute définition ;
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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.
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3. Comment améliorer les rendements
La figure 21 rassemble les différentes étapes qui conduisent à l’électroluminescence organique. Le rendement externe ηELext est égal au produit des différents rendements associés à chaque étape et s’exprime par :
avec :
- γ :
- rapport des flux de trous et d’électrons ; en choisissant correctement la structure de la diode, on peut obtenir γ = 100 %
- ΦR :
- rendement de recombinaison ; la recombinaison étant un processus efficace, on a ΦR = 100 %
- ΦS :
- rendement de formation des excitons singulet
- η PL :
- rendement de fluorescence à l’état solide
- Φ E :
- rendement du couplage externe.
3.1 Fraction d’exciton qui se désactive de manière radiative
3.1.1 Cas des diodes à base d’émetteurs fluorescents
La fraction d’exciton Φ S qui peut se désactiver de manière radiative est théoriquement égale à 25 %. Si expérimentalement cette valeur est bien retrouvée pour les molécules de faible masse molaire, il n’en est pas de même pour les polymères où des valeurs aussi élevées que 50 % ont été estimées . Une explication possible du comportement différent des polymères réside dans le fait que le trou et l’électron qui vont se recombiner arrivent sur la même...
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BIBLIOGRAPHIE
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