![Page 1: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/1.jpg)
LPL
Les OLEDs (Organic Light Emitting
Diodes)Principes de base
Les OLEDs (Organic Light Emitting
Diodes)Principes de base
Sébastien Chénais
Laboratoire de Physique des Lasers
Université Paris Nord, Villetaneuse
![Page 2: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/2.jpg)
planplan
Les Organic Light Emitting Diodes...
Qu’est-ce que c’est ?
Comment ça marche ?
Quelle est la différence avec les LEDs (à semiconducteurs inorganiques) ?
À quand la DIODE LASER organique ?
![Page 3: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/3.jpg)
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
Depuis l’invention du laser en 1960…
Depuis l’invention du laser en 1960…
19621963
1962 : Invention de la LED (General Electrics)
1963 : Electroluminescence dans l’anthracène (Pope)
1977
1977 : Découverte de la conduction électronique dans les films de polyacétylène A. Hegger
A. McDiarmid
H. Shirakawa
Prix Nobel de Chimie Prix Nobel de Chimie 20002000
1987
1987 : Première diode électroluminescente organique multi-couches (Tang et Van Slyke, Eastman Kodak)
1990
1990 : Electroluminescence dans
les polymères (Friend, Cambridge)
1997
1997 : Premier produit commercial (Pioneer)20022002 : Ecran plat 15” (Kodak,
Sanyo)
Cristaux
Films minces Hétérojonctions
Industrialisation
Polymères
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 4: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/4.jpg)
DescriptionDescription
Substrat
Anode transparente et conductrice = ITO
Cathode métallique
Lumière
Matériaux organiques (petites molécules ou polymères)
Epaisseur totale ~ 200 nm
![Page 5: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/5.jpg)
2 technos différentes2 technos différentesPLEDPLED (Polymer LED) OLEDOLED (Organic LED)
![Page 6: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/6.jpg)
Les performancesLes performancesEvolution des performances
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 7: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/7.jpg)
Les ProduitsLes Produits
Affichage bas-coût : polymères
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
Super utile
![Page 8: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/8.jpg)
Petit affichage (déjà commercial) : téléphones portables
Les ProduitsLes Produits
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 9: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/9.jpg)
Les ProduitsLes Produits
Moyen affichage (prototypes)
Sony 13”
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 10: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/10.jpg)
Les ProduitsLes Produits
… Et grand affichage, livré avec le sourire
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
Samsung 41”
![Page 11: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/11.jpg)
Le MarchéLe Marché
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 12: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/12.jpg)
Avantages/inconvénients des OLEDs
Avantages/inconvénients des OLEDs
Propriétés des écrans OLEDs
(comp. Ecrans LCD)
luminance uniforme (180° angle vision)
1000 fois plus rapides (temps réponse ~µs / ~ ms pour LCD)
faibles consommateurs en énergie
plus minces, potentiellement réalisables sur substrats souples (plastiques)
moins chers (technos « faciles », matériaux bon marché)
matériaux en général non polluants
durée de vie (2000 h pour les émetteurs bleus,
jusquà 20000 h pour verts et rouges…) et robustesse
OLED
LCD
![Page 13: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/13.jpg)
Le FuturLe Futur
◙ Ecrans Souples
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
◙ OLED transparentes
◙ Eclairage économique et écologique
◙ Diode laser ??
![Page 14: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/14.jpg)
Back to basics…Back to basics…
Liaison σ et liaison π
C CH H
HH
*
*
Liaison σ (forte) assure le maintien de la molécule (transition σ→σ* dans l’UV lointain)
Liaison π (faible) transition π→ π* dans l’UV-visible
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 15: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/15.jpg)
Les molécules conjuguéesLes molécules conjuguées
Exemple : Le benzène C6H6
Conjugaison = alternance de simples et doubles liaisonsConjugaison = alternance de simples et doubles liaisons
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
6 électrons délocalisés sur toute la molécule
![Page 16: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/16.jpg)
Molécules conjuguéesMolécules conjuguéesQue se passe-t-il lorsqu’une molécule conjuguée capture un électron ?
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
C
C
C C
C C
C
C
H H
H
H H
HH
H
H
H
H
C
C
H
HH
Un jeu de bascules… (ici sur un polyacétylène)
Formation d’un radical-ion
…Ou bien une vision plus « quantique » : l’électron est délocalisé sur l’ensemble de la molécule comme un électron dans un puits quantique (ici sur l’anthracène)
![Page 17: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/17.jpg)
Les molécules conjuguéesLes molécules conjuguées
La conjugaison en termes de niveaux d’énergie
HOMO = Highest Occupied Molecular Orbital
= la plus haute orbitale π occupée par une paire d’électrons
LUMO = Lowest Unoccupied Molecular Orbital
= la plus basse orbitale π* inoccupée
pz π
π*
π
π*
= « bande » de valence
= « bande » de conduction
HOMO
LUMOQu’est-ce
que c’est ?
Comment ça marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 18: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/18.jpg)
Une OLED simpleUne OLED simple
Schéma de l’OLED la plus simple
Métal (Mg, Al…)
~100 nmSubstrat (verre)
ITO = Idium Tin Oxide (transparent + conducteur)
Matériau organique conjugué
Ça marche mal (rendement max 0,1 %) mais ça marche
pas de matériaux dopés, pas de jonction PN !
ça ne marche que si les métaux d’électrodes sont
différents…
?10 V sur 100 nm = champ ~ 106 V/cm
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 19: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/19.jpg)
Injection des électronsInjection des électrons
MétalMétal
(Al)(Al)
1) Un électron libre du métal saute sur une molécule
3) L’électron supplémentaire induit une déformation de la molécule et une polarisation des molécules avoisinantes
+
+
+
Qu’appelle-t-on « électron » dans un semi-con organique ?
2) L’électron se délocalise grâce au caractère conjugué. La molécule est donc chargée négativement HOMO
LUMO
EQu’est-ce
que c’est ?
Comment ça marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 20: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/20.jpg)
Injection des électronsInjection des électrons
MétalMétal
(Al)(Al)
1) Un électron libre du métal saute sur une molécule
2) L’électron se délocalise grâce au caractère conjugué. La molécule est donc chargée négativement
3) L’électron supplémentaire induit une déformation de la molécule et une polarisation des molécules avoisinantes4) l’électron saute de molécule en molécule (« hopping ») par effet tunnel ou en s’aidant de phonons
Qu’appelle-t-on « électron » dans un semi-con organique ?
EQu’est-ce
que c’est ?
Comment ça marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 21: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/21.jpg)
MétalMétal
(Al)(Al)
1) Un électron libre du métal saute sur une molécule
2) L’électron se délocalise grâce au caractère conjugué. La molécule est donc chargée négativement
3) L’électron supplémentaire induit une déformation de la molécule et une polarisation des molécules avoisinantes4) l’électron saute de molécule en molécule (« hopping »)
Injection des électronsInjection des électrons Qu’appelle-t-on « électron » dans un semi-con organique ?
EQu’est-ce
que c’est ?
Comment ça marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 22: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/22.jpg)
Injection des électronsInjection des électrons
MétalMétal
(Al)(Al)
1) Un électron libre du métal saute sur une molécule
2) L’électron se délocalise grâce au caractère conjugué. La molécule est donc chargée négativement
3) L’électron supplémentaire induit une déformation de la molécule et une polarisation des molécules avoisinantes4) l’électron saute de molécule en molécule (« hopping »)
Qu’appelle-t-on « électron » dans un semi-con organique ?
EQu’est-ce
que c’est ?
Comment ça marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 23: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/23.jpg)
Injection des électronsInjection des électrons
MétalMétal
(Al)(Al)
1) Un électron libre du métal saute sur une molécule
2) L’électron se délocalise grâce au caractère conjugué. La molécule est donc chargée négativement
3) L’électron supplémentaire induit une déformation de la molécule et une polarisation des molécules avoisinantes4) l’électron saute de molécule en molécule (« hopping »)
Qu’appelle-t-on « électron » dans un semi-con organique ?
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
E
![Page 24: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/24.jpg)
Injection des électronsInjection des électrons
MétalMétal
(Al)(Al)
Électron + champ de contraintes et de polarisation = POLARON négatif (ou « électron » par abus de langage)
Qu’appelle-t-on « électron » dans un semi-con organique ?
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
E
![Page 25: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/25.jpg)
Injection des trousInjection des trous
Qu’est-ce qu’un « trou » ?
ITO
1) Un électron du niveau HOMO saute dans le métal un trou est injecté depuis l’ITO
HOMO
LUMO
E
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 26: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/26.jpg)
Injection des trousInjection des trous
Qu’est-ce qu’un « trou » ?
ITO
1) Un électron du niveau HOMO saute dans le métal un trou est injecté depuis l’ITO
2) La molécule est chargée + ; le trou migre de molécule en molécule en sautant
E
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 27: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/27.jpg)
ITO
1) Un électron du niveau HOMO saute dans le métal un trou est injecté depuis l’ITO
2) La molécule est chargée + ; le trou migre de molécule en molécule en sautant
Injection des trousInjection des trousQu’est-ce qu’un « trou » ?
E
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 28: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/28.jpg)
ITO
1) Un électron du niveau HOMO saute dans le métal un trou est injecté depuis l’ITO
2) La molécule est chargée + ; le trou migre de molécule en molécule en sautant
Injection des trousInjection des trousQu’est-ce qu’un « trou » ?
E
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 29: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/29.jpg)
ITO
1) Un électron du niveau HOMO saute dans le métal un trou est injecté depuis l’ITO
2) La molécule est chargée + ; le trou migre de molécule en molécule en sautant
Injection des trousInjection des trousQu’est-ce qu’un « trou » ?
E
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 30: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/30.jpg)
ITO
1) Un électron du niveau HOMO saute dans le métal un trou est injecté depuis l’ITO
2) La molécule est chargée + ; le trou migre de molécule en molécule en sautant
Injection des trousInjection des trousQu’est-ce qu’un « trou » ?
E
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 31: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/31.jpg)
ITO
Injection des trousInjection des trous
POLARON positif = « trou »
Qu’est-ce qu’un « trou » ?
E
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 32: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/32.jpg)
Recombinaison electron/trouRecombinaison electron/trou
Formation d’un exciton : quand les deux polarons + et – se retrouvent sur la même molécule…
Exciton de Frenkel localisé sur la molécule
HOMO
LUMO
hν
Gap optique
trousélectrons
Seulement 25% des excitons se désexcitent radiativement (excitons singulets)
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 33: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/33.jpg)
Diagramme énergétiqueDiagramme énergétique
LUMO
HOMO
AE
PI
W
EF
EF = niveau de Fermi du métal
W = travail d’extraction du métal
(énergie qu’il faut dépenser pour
arracher un électron)
AE = affinité électronique
(énergie gagnée par la molécule en acceptant
un électron sur sa LUMO)
PI = potentiel d’ionisation
(énergie à fournir pour arracher
un électron de l’HOMO)
Evac = énergie du vide
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 34: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/34.jpg)
Une OLED idéale…Une OLED idéale…
Wcathode
EF
Evac = énergie du vide
Wanode
hν
• le caractère « diode » est dû à la différence des travaux de sortie des métaux choisis pour les électrodes
• mobilité des trous ~ 100 mobilité des électrons recombinaison sur l’interface du métal quenching
• on veut hν dans le visible il faut des différences
Wanode – Wcathode ≥ 3 eV : ça n’existe pas !!
Métal
Métal transparent
(ITO)
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 35: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/35.jpg)
… Et une OLED réelle… Et une OLED réelle
N N
2,9 eV
hhννAl/LiF
ITO
(4.7 eV)
4.7 eV
Accumulation de trous à la barrière
NPB
Alq3
1ère OLED réalisée à 100% au LPL !
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 36: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/36.jpg)
OLEDs à hétérostructuresOLEDs à hétérostructures
Objectifs des hétérostructures :
- Confiner les excitons, essentiellement en bloquant les trous
- faire des « paliers » pour les électrons et les trous, pour éviter les marches trop brutales
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 37: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/37.jpg)
Limitations théoriquesLimitations théoriques
• 1ère limitation : rendement de luminescence limité à 25% car seules les transition SINGULET – SINGULET sont permises
Solution ? Les matériaux phosphorescents
• 2ème limitation : toute la lumière créée dans la structure ne SORT pas !
Solutions ? Les microcavités et les nanostructurations de surface
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 38: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/38.jpg)
La limitation des 25% de singulets
S0
S1
T1
Emission
No emission
+
~ 25 %
-21
~ 75 %
+21
e-
h+
singulettriplets
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 39: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/39.jpg)
Highly Efficient Triplet Emitter
S 1
S 0
Blue emitter Triplet EmitterO
N
NO
Ir
ISCS1, T1
S0
Emission
Mixing of S & T in organic metal complexes
Idée : incorporer un élément lourd pour contourner la règle de sélection ! (le couplage spin-orbite devient non négligeable et les transitions Triplet-singulet deviennent un peu permises)
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 40: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/40.jpg)
Que peut apporter l’OPTIQUE ?Que peut apporter l’OPTIQUE ?
Couches organiques+ITO ~ 300 nm
indice ~ 1.7
Substrat de verre ~ 2 mm ; n = 1,5
Zone de confinement des excitons (~ quelques 10 nm)
cathode
Modes guidés dans les organiques+ITO
Modes guidés dans le substrat
Modes non guidés
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 41: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/41.jpg)
Rendement théorique max d’une OLED « classique » :
%5'
' extractionquantiqueext injectéselectronsdnombre
exterieurlàémisphotonsdenombre
Fraction émise vers l’extérieur
7,1%204
12
2 npour
n
Que peut apporter l’OPTIQUE ?Que peut apporter l’OPTIQUE ?
En comptant la réflexion sur le miroir supposé parfaitement réfléchissant et en négligeant les pertes
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 42: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/42.jpg)
OUI MAIS…OUI MAIS…
Lu, Sturm, J Appl Phys 91, 595 (2002)
Les rendements d’extraction mesurés sont PLUS ELEVES que ne l’indique l’optique géométrique et dépendent fortement de l’épaisseur des couches
Epaisseur des couches ~λ : optique géo n’est plus valide…
- Optique guidée
- rayonnement dipolaire dans une cavité de taille ~λ : effets quantiques de MICROCAVITE
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 43: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/43.jpg)
Autre solution : la nanostructuration à 1D…
Autre solution : la nanostructuration à 1D…
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 44: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/44.jpg)
… ou à 2D… ou à 2D
![Page 45: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/45.jpg)
Comparaison LEDs versus OLEDs
Comparaison LEDs versus OLEDs
• Les matériaux organiques conjugués sont des semiconducteurs : on peut parler d’électrons, de trous, de dopage, de polarons, d’excitons, de niveau de Fermi (?)…
• Certains composants (opto-)électroniques classiques ont leur équivalent organique : diodes, transistors, cellules photovoltaïques…
MAIS :
• le transport des charges obéit à des mécanismes différents (électrons et trous localisés sur une molécule, transport par sauts)
• La notion de « bande » de valence/conduction est discutable surtout pour les petites molécules
• Dans une OLED (non dopée), les charges viennent uniquement des électrodes et pas des impuretés dopantes : pas de jonction PN
• Mobilités des porteurs beaucoup plus faibles dans les organiques (10-5 à 1cm2/V.s, 103 dans Si) courants élevés, faible temps de réponse (µs), mais très bonne proba de recombinaison…
Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 46: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/46.jpg)
Comparaison LEDs versus OLEDs
Comparaison LEDs versus OLEDs
• Emission UV → rouge : il suffit de changer la molécule• Spectres très larges (> 100 nm)• mélanges de matériaux possible, pas de contrainte d’adaptation de maille cristalline avec les organiques grande flexibilité dans
l’ingéniérie des matériaux !Qu’est-ce que
c’est ?Comment ça
marche ?
≠ avec LED ?
À quand la DL Organique
?
![Page 47: LPL Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9d8c497959293b8c1c3d/html5/thumbnails/47.jpg)
ConclusionConclusion
Aujourd’hui : pour les écrans plats faible durée de vie (<2000h)
Demain : pour les écrans TV et l’éclairage…
Après-demain : pour une optoélectronique « tout organique » : diodes laser, « fils » moléculaires…
Les matériaux organiques conjugués sont très prometteurs :
De nombreux domaines à approfondir et à explorer…
- Compréhension des mécanismes d’injection et de transport
- Recherche de nouveaux matériaux (phosphorescents, dopants…)
- Amélioration de l’extraction lumineuse (nanophotonique)
- Amélioration de la durée de vie (effets thermiques, photodégradation,etc.)Etc.