Voir naître la technologie des écrans OLED de demain

Publié par Redbran le 23/10/2020 à 13:00
Source: CEA

© L. Frédéric (SCBM/CEA)
Le CEA, associé à l'ENS Paris-Saclay, et les universités de Rennes et de San José (USA), a développé de nouvelles molécules émettrices de lumière possédant des propriétés qui améliorent la consommation énergétique et la production lumineuse des diodes électroluminescentes organiques (OLEDs). Il s'agit de la première étude corrélant la structure et les propriétés de ce type de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.), à l'avenir prometteur dans les technologies d'affichage (L' affichage désigne l'application d'une surface de papier script dans un lieu public(et non du foyer)sur un support destiné à son émission, externe ou interne, ce qui en fait un...).

Dans nos écrans OLED (Organic Light-Emitting Diode), la qualité de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de...) produite est fortement diminuée par les filtres antireflets qui les équipent (Schéma). En effet, ces filtres empêchent la réflexion de la lumière extérieure (soleil, éclairage public) sur la dalle de l'OLED, mais si le dispositif n'émet pas de lumière circulairement polarisée (voir paragraphe ci-dessous), 50 % de l'intensité lumineuse produite par la diode est perdue.

En 2016, des travaux dirigés par des chercheurs du CEA-Joliot (Feuillastre et al., JACS, 2016) ont permis de développer des matériaux électroluminescents purement organiques (sans métaux rares) qui, par leur conception et leur structure, exploitent trois propriétés améliorant leur rendement "énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) consommée" versus "qualité de la lumière produite":

- l'émission de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière...) retardée (ou Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF(1) ), qui permet théoriquement de transformer toute l'énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière, calculer. Ce travail est proportionnel à la quantité d'électricité.) en lumière ;

- l'augmentation de l'émission de lumière par agrégation - ou comment les luminophores conçus gagnent encore en rendement lorsqu'on augmente leur concentration et qu'on les agence en matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières...) solide, contrairement aux luminophores classiques qui voient leur rendement chuter à cette étape (Figure 1) ;

- l'émission de lumière circulairement polarisée (LCP)(2) , qui traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges des véhicules...) les filtres antireflets placés sur les écrans sans atténuation (Perte d'intensité et amplitude d'un signal...) de la lumière produite par la dalle OLED, phénomène très rare dans le monde (Le mot monde peut désigner :) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.).


Schéma du phénomène diminuant le rendement des écrans OLED à cause de leurs filtres antireflet.
© L. Favereau (CNRS/ Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) de Rennes)

Alors que les fluorophores émetteurs de LCP classiques sont intrinsèquement chiraux (coût de synthèse élevé), le concept de "perturbation chirale" permet de conférer des propriétés chiroptiques à un chromophore actif en lui accolant une unité chirale** disponible commercialement et qui possède déjà la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les...) spatiale recherchée (Figure 2). Dans la présente étude, les chercheurs associés au CEA-Iramis et au CEA-Leti, ont synthétisé une série de luminophores inédits afin de réaliser la première analyse systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain...) des relations structure/propriétés pour ce type de matériaux organiques et de comprendre les paramètres influant sur l'efficacité de la perturbation chirale et donc sur l'obtention des meilleures propriétés de ces matériaux. Certaines des molécules obtenues ont ensuite été intégrées dans les premières OLEDs émettrices de lumière circulairement polarisée, architecturées de telle sorte qu'elles puissent intégrer les dispositifs d'affichage portatifs haute-résolution.

Optimiser le phénomène de perturbation chirale était indispensable pour que les équipes puissent continuer à travailler à l'amélioration de la qualité de la lumière produite et obtenir un vrai matériau OLED révolutionnaire et exploitable pour l'industrie.


Figure 1: Illustration du gain de lumière des nouveaux luminophores lorsqu'ils s'agrègent (de gauche à droite: augmentation de la concentration).
© L. Frédéric (SCBM/CEA)


Figure 2: Formulation chimique des nouveaux chromophores, intégrant les 3 propriétés permettant d'améliorer le rapport "quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) d'énergie consommée / qualité de la lumière produite" dans les systèmes d'affichage.
© G. Pieters (SCBM/CEA)

Notes:
(1) L'électroluminescence repose sur l'excitation d'un luminophore par de l'énergie électrique, ce luminophore se "désexcitant" en émettant de la lumière. Les luminophores classiques "convertissent" 25 % de l'énergie électrique en lumière, alors que les luminophores à fluorescence retardée se désexcitent plus efficacement et ont des rendements théoriques pouvant atteindre 100 % (TADF: thermally activated delayed fluorescence).
(2) Lumière Circulairement Polarisée: La polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est...) de la lumière s'assimile à l'ordonnancement des photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d'un point de...) qui composent le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les...) lumineux: dans un flux "classique", les photons n'ont pas de mouvement ordonné, contrairement au flux polarisé. "Circulairement polarisé" signifie que les photons suivent la même trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) circulaire le long du flux lumineux.

Références:
Maximizing Chiral Perturbation on Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitters and Elaboration of the First Top‐Emission Circularly Polarized OLED. Advanced Functional Materials, August 2020, in press
Frédéric L, Desmarchelier A, Plais R, Lavnevich L, Muller
G, Villafuerte C, Clavier G, Quesnel E, Racine B, Meunier-Della-Gatta S,
Dognon JP, Thuéry P, Crassous J, Favereau L, Pieters G.
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 1.243 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique