La science fondamentale permet la création d’OLED efficaces et plus colorées
Le défi de créer des écrans à diodes électroluminescentes organiques (OLED) de nouvelle génération a été de trouver un moyen d’améliorer la brillance des couleurs sans réduire l’efficacité électrique. Maintenant, les chercheurs ont trouvé un moyen d’y parvenir en appliquant un principe scientifique fondamental.
Les écrans OLED sont partout, des smartphones haute résolution aux écrans d’ordinateur et aux écrans de télévision géants. Une OLED consiste en une fine couche semi-conductrice à base de carbone qui émet de la lumière lorsque de l’électricité est appliquée par des électrodes adjacentes. Les OLED fonctionnent de la même manière que les LED conventionnelles, mais au lieu d’utiliser des couches de semi-conducteurs de type n et p, elles utilisent des molécules organiques pour produire des électrons.
Un OLED simple est composé de six couches. En haut (le joint) et en bas (le substrat) se trouvent des couches de protection en verre ou en plastique. Entre les deux, il y a une borne négative (cathode) et une borne positive (anode), et entre elles se trouvent deux couches de molécules organiques : la couche émissive, qui est à côté de la cathode et à partir de laquelle la lumière est produite, et la couche conductrice, à côté de l’anode.
Les molécules organiques utilisées pour créer ces couches ont intrinsèquement un large spectre d’émission, ce qui a un impact sur leurs caractéristiques d’éclairage, limitant la gamme de couleurs disponibles (espace colorimétrique) et la saturation sur les écrans haut de gamme. Alors que les filtres de couleur ou les résonateurs optiques peuvent rétrécir artificiellement le spectre d’émission, cela peut réduire l’efficacité énergétique.
Des chercheurs de l’Université de Cologne en Allemagne et de l’Université de St Andrews en Écosse ont collaboré pour s’attaquer de front à ce problème, en appliquant un principe scientifique fondamental : le couplage fort de la lumière et de la matière.
« Lorsque les photons (lumière) et les excitons (matière) présentent une interaction suffisamment importante les uns avec les autres, ils peuvent se coupler fortement, créant ce que l’on appelle des polaritons d’excitons », ont déclaré les chercheurs. « Le principe peut être comparé à l’énergie transférée entre deux pendules couplés, sauf qu’ici c’est à la fois la lumière et la matière qui se couplent et échangent continuellement de l’énergie. »
Les chercheurs ont découvert qu’en incorporant des OLED entre des miroirs minces constitués d’un matériau métallique déjà largement utilisé dans l’industrie de l’affichage, le couplage entre la lumière et le matériau organique pouvait être considérablement amélioré.
Pour éviter la diminution de l’efficacité électrique qui en résulte habituellement, les chercheurs ont ajouté un film mince séparé de molécules absorbant fortement la lumière comme celles utilisées dans les cellules solaires organiques. Ils ont découvert que la couche supplémentaire amplifiait l’effet du fort couplage lumière-matière sans réduire de manière significative l’efficacité des molécules électroluminescentes dans l’OLED.
« Avec une efficacité et une luminosité comparables aux OLED utilisées dans les écrans commerciaux, mais avec une saturation et une stabilité des couleurs considérablement améliorées, nos OLED à base de polaritons présentent un grand intérêt pour l’industrie de l’affichage », a déclaré Malte Gather, l’auteur principal de l’étude.
Alors que les OLED à base de polariton (POLED) sont déjà connues dans le monde scientifique, leur application pratique a été entravée par une faible efficacité énergétique et une faible luminosité.
Ces problèmes étant désormais résolus, les chercheurs espèrent que leurs travaux produiront non seulement la prochaine génération d’écrans OLED, mais qu’ils auront des applications plus larges pour les lasers et l’informatique quantique.
L’étude a été publiée dans la revue Photonique de la nature.
Source : Université de Cologne