Les diodes électroluminescentes organiques (OLED) vont bientôt montrer notre monde sous un nouveau jour :les jours des petites sources lumineuses sont comptés; dans le futur, murs entiers, plafonds, façades et extérieurs de voitures illumineront nos vies. L'Empa explore le développement des OLED comme un nouveau domaine de recherche.

Les diodes électroluminescentes organiques (OLED) sont les sources lumineuses du futur. Peinture luminescente sur les voitures, murs de salon colorés et plafonds de cuisine qui s'illuminent, des panneaux d'affichage d'un tout autre genre, tout cela sera désormais envisageable. L'année dernière, le projet européen TREASORES, coordonné par l'Empa, créé flexible, électrodes transparentes, la base de la souplesse, OLED enroulables. Acquérir l'expérience nécessaire pour fabriquer et fonctionnaliser les structures multicouches des sources lumineuses OLED est la prochaine étape. Après tout, fabriquer un papier peint de manière homogène est tout sauf trivial. Ainsi, l'expertise de l'industrie est requise de toute urgence.

Anand Verma apporte ces expertises et savoir-faire. Il a commencé sa carrière en tant qu'imprimeur conventionnel professionnel chez India Today après avoir obtenu un baccalauréat en ingénierie en technologie d'impression et des médias du Manipal Institute of Technology. Il a étendu ses connaissances au domaine en développement de l'électronique imprimée en obtenant une maîtrise à l'Université de technologie de Chemnitz (Allemagne). Avec ses travaux de recherche approfondis sur les OLED en coopération avec Holst Center à Eindhoven (Pays-Bas), Novaled (Allemagne) et Cynora GmbH (Allemagne), il a acquis une expertise pour développer des encres et de nouveaux procédés d'impression pour la fabrication OLED.

A l'Empa, en tant qu'expert en revêtement / impression, son domaine de recherche consiste à développer le revêtement et l'impression par voie humide pour le Coating Competence Center (CCC). Au CCC, il travaille à l'impression de cellules solaires à pérovskite, actionneurs, etc. Outre, il continue d'explorer l'impression d'OLED flexibles sur divers substrats. "Je peux estimer des architectures de couches optimales, qui fonctionnera dans les OLED en fonction des substrats étudiés, " dit Verma. " Je connais donc également les paramètres de processus qui doivent être optimisés en plus de la composition de l'encre. "

Couches ultrafines

La plupart des sources lumineuses que nous connaissons sont des sources lumineuses ponctuelles ou des tubes néon. OLED, d'autre part, sont des lumières de surface. "Si vous regardez la structure OLED, " explique le chercheur de l'Empa, "ils se composent de plusieurs couches nanométriques." L'anode chargée positivement est généralement constituée d'oxyde d'indium et d'étain transparent (ITO), qui peut être utilisé pour produire des fenêtres ou des films électriquement conducteurs. Elle est suivie d'une couche semi-conductrice organique (poly 3, 4-éthylènedioxythiophène polystyrènesulfonate, PEDOT : PSS), une couche électroluminescente (Super Yellow, couleur fluorescente), du calcium pour le travail de sortie et une cathode, généralement en aluminium.

Il faut jusqu'à trois jours pour produire un lot d'OLED. Tout d'abord, il est important de nettoyer soigneusement le substrat ITO car même de minuscules taches apparaîtront plus tard sur le produit fini, en particulier parce que les couches ne font que quelques nanomètres d'épaisseur. L'architecture de couche électroniquement et morphologiquement stable fait la différence entre un OLED performant et un OLED peu performant :« En général, plus les couches sont fines, plus le risque d'inhomogénéité lors du revêtement humide est élevé. En revanche :si les couches sont plus épaisses, une tension d'allumage plus élevée est nécessaire pour obtenir la même luminosité, " dit Verma.

Le plasma donne une couleur lisse

Après la phase de nettoyage, le substrat est traité par un plasma d'oxygène :il est bombardé d'ions pour augmenter l'énergie de surface, ce qui facilite le comportement de mouillage des encres obtenant ainsi une couche homogène. Il est important que l'énergie de surface du substrat soit supérieure à celle de l'encre à enduire. "En fonction de l'énergie de surface du matériau et de la tension de surface de l'encre, soit il mouille la surface, soit il la déshumidifie. Cependant, dans certains cas, traiter le substrat ne suffit pas. Lors de la production de l'encre - pour la couche de matériau suivante - Verma doit d'abord trouver le bon solvant dans la concentration idéale pour atteindre le niveau d'énergie de surface souhaité, épaisseur et morphologie requises. De plus, le solvant doit être aussi écologique que possible. « Si nous choisissons le chloroforme, par exemple, " dit Verma, "cela aurait un impact néfaste sur la santé pendant la phase de production car des quantités assez élevées sont nécessaires." L'une des encres utilisées est Super Yellow. La couche la plus importante est celle qui émet de la lumière. Il est crucial que le chercheur fabrique déjà cette encre 24 heures à l'avance car il faut autant de temps pour que le solvant se dissolve dans le colorant. Contrairement aux couches précédentes, le calcium et ensuite l'aluminium sont évaporés sous vide. Faire cela, le spécialiste de l'imprimerie doit utiliser une boîte à gants comprenant une chambre à vide pour empêcher l'oxydation du calcium. Pourquoi opter pour un métal aussi sensible ? "Vous pouvez également en utiliser un autre. Mais tous ceux qui font des candidats appropriés sont dans le même groupe dans le tableau périodique; ils s'oxydent tous."

Protégé de l'oxygène et de l'humidité

Pour utiliser les appareils fabriqués dans des conditions ambiantes, Verma doit encapsuler l'OLED fini pour le protéger de l'oxydation et de l'humidité. Cela nécessite une autre couche en film transparent ou en verre et une colle spéciale, qui durcit sous l'influence de la lumière UV.

Les tests impliquant les différents substrats et les supports de ces OLED flexibles se dérouleront jusqu'à ce que les démonstrateurs de l'Empa s'éclairent de manière fiable. Anand Verma pense déjà à la prochaine étape :« Les dispositifs d'impression et de revêtement du nouveau Coating Competence Center de l'Empa seraient déjà capables de produire des motifs ou des surfaces OLED à plus grande échelle. L'éclairage du labo est à portée de main.