Les diodes électroluminescentes organiques, plus communément appelées OLED, sont appréciées pour leur efficacité énergétique et leur flexibilité. Cependant, la fabrication de OLED bleues pose un défi majeur, en raison de leur faible luminosité et leur stabilité insatisfaisante.
Récemment, une collaboration réussie entre des chercheurs de l’Institut de Technologie de Karlsruhe (KIT) et de l’Université de Shanghai a conduit à la mise au point d’une stratégie inédite pour fabriquer des OLED bleues performantes.
Cette percée a été rendue possible grâce à un nouveau type de molécule qui, lorsqu’elle est excitée électroniquement, permet une émission d’exciplex intra-/intermoléculaire à double canal, créant ainsi une électroluminescence bleue intense.
OLED : une technologie omniprésente
Les OLED sont déjà présentes dans de nombreux smartphones, tablettes et téléviseurs à écran large. Elles sont écoénergétiques, produites à bas coût grâce à la technologie de couches minces, et peuvent être appliquées sur des matériaux flexibles, ouvrant la voie à des affichages flexibles et des solutions d’éclairage intérieur variables.
Le principe de fonctionnement de l’OLED est basé sur l’électroluminescence, où les électrons et les trous (charges positives) injectés par les électrodes se rencontrent dans les matériaux organiques qui servent d’émetteurs, créant de la lumière. La combinaison des trois couleurs : bleu, vert et rouge permet d’obtenir toutes les nuances de couleur.
Les défis de la couleur bleue
Jusqu’à présent, pour les applications commerciales, seules les couleurs rouge et verte étaient disponibles en OLED phosphorescentes, c’est-à-dire qui émettent de la lumière plus longtemps. Les OLED bleues, en revanche, ne brillent que brièvement.
Les OLED bleues ont du mal à combiner haute efficacité, haute luminosité et longue durée de vie – elles s’éteignent plus rapidement ou sont moins lumineuses que les pixels verts et rouges.
Cependant, une avancée a été réalisée par les chercheurs de l’Institut de Chimie Organique (IOC) et de l’Institut des Systèmes Biologiques et Chimiques – Systèmes Moléculaires Fonctionnels (IBCS-FMS) du KIT, en collaboration avec leurs homologues de l’Université de Shanghai.
L’émergence de l’OLED bleue
Le groupe de recherche a synthétisé une nouvelle molécule composée de fragments de carbazole et de triazine, reliés par un atome de silicium (CzSiTrz).
Lorsque ces molécules s’agglutinent en nanoparticules, une excitation électronique conduit à une émission de transfert de charge intramoléculaire et à une luminescence d’exciplex intermoléculaire, donnant lieu à une émission d’exciplex intra-/intermoléculaire à double canal.
L’approche par exciplex permet d’obtenir une électroluminescence bleue profonde, car les niveaux d’énergie des fragments de carbazole donneurs d’électrons et des fragments de triazine accepteurs d’électrons peuvent être ajustés indépendamment », explique le professeur Stefan Bräse de l’IOC et de l’IBCS-FMS du KIT.
Performance des nouvelles OLED
L’équipe a réussi à produire des OLED bleues profondes avec une efficacité quantique externe record de 20,35 %. Cette mesure exprime le rapport entre la puissance radiative obtenue et la puissance électrique appliquée.
En outre, ces OLED atteignent une haute luminosité de 5 000 candélas par mètre carré (cd/m2). Le bleu perceptible a les coordonnées 0,157/0,076 sur le tableau de couleurs normalisées de la Commission Internationale de l’Éclairage (CIE).
« La synthèse facile de la molécule et la simplicité de fabrication des composants ouvrent la voie à une nouvelle génération d’OLED bleues efficaces et durables« , conclut Bräse.
Ces travaux ont été présentés dans la revue Science Advances (DOI: 10.1126/sciadv.adf4060).
Pour aller plus loin
En définitive, la fabrication des OLED bleues constituent une grande avancée pour l’industrie des technologies d’affichage. Malgré les challenges associés à l’efficacité et à la durabilité des OLED bleues, les chercheurs sont optimistes quant à l’avenir de cette technologie. Cependant, il reste encore des questions à résoudre, notamment en ce qui concerne l’échelle de production et l’impact environnemental potentiel de ces nouveaux composants.
FAQ
Qu’est-ce qu’une OLED ? L’OLED (Organic Light Emitting Diode) est une technologie d’affichage qui fonctionne sans rétroéclairage, offrant ainsi une consommation d’énergie plus faible et une capacité à être produite en couches minces, même sur des matériaux flexibles.
Pourquoi les OLED bleues posent-elles un défi ? Les OLED bleues ont du mal à combiner haute efficacité, haute luminosité et longue durée de vie. Souvent, elles s’éteignent plus rapidement ou sont moins lumineuses que les pixels verts et rouges.
Comment les chercheurs ont-ils réussi à améliorer les OLED bleues ? Ils ont synthétisé une nouvelle molécule qui, lorsqu’elle est excitée électroniquement, permet une émission d’exciplex intra-/intermoléculaire à double canal, conduisant à une électroluminescence bleue intense.
Quels sont les avantages des nouvelles OLED bleues ? Ces OLED bleues présentent une efficacité quantique externe record de 20,35 % et une haute luminosité de 5 000 candélas par mètre carré (cd/m2), ouvrant la voie à une nouvelle génération d’OLED bleues efficaces et durables.
