L'utilisation des diodes électroluminescentes organiques (OLED) s'est étendue à diverses applications, mais leur efficacité est toujours à la traîne par rapport aux diodes électroluminescentes inorganiques. Dans cette recherche, une équipe KAIST a fourni un moyen systématique de produire des OLED avec une efficacité quantique externe (EQE) supérieure à 50 % avec un milieu de diffusion externe.

Ayant des propriétés adaptées aux appareils fins et flexibles, Les OLED sont des sources lumineuses populaires pour les écrans, tels que les appareils mobiles et les téléviseurs de haute qualité. Dans les années récentes, de nombreux efforts ont été faits pour appliquer les OLED dans l'éclairage ainsi que dans les sources lumineuses pour les véhicules.

Pour de telles applications, un rendement élevé est de la plus haute importance pour le déploiement réussi des sources lumineuses. Grâce à la recherche continue et au développement des OLED, leur efficacité est en constante augmentation, et un niveau équivalent aux LED inorganiques a été démontré dans certains rapports.

Cependant, ces OLED très performantes étaient souvent réalisées avec une lentille macroscopique ou des nanostructures internes complexes, ce qui sape les avantages clés des OLED en tant que sources lumineuses planaires abordables et tend à entraver leur fonctionnement stable, limitant ainsi leur commercialisation.

Parmi les différentes méthodes éprouvées pour l'extraction de la lumière OLED, une équipe dirigée par le professeur Seunghyup Yoo à l'École de génie électrique axée sur l'approche basée sur la diffusion externe, car il peut maintenir la géométrie plane et la compatibilité avec la flexibilité. Il est également capable d'être fabriqué à grande échelle à faible coût et n'interfère pas avec les propriétés électriques des OLED.

Classiquement, la recherche sur l'amélioration de l'extraction de la lumière OLED à l'aide de la diffusion de la lumière a été menée de manière empirique dans de nombreux cas. Cette fois, l'équipe a développé une méthodologie complète et analytique pour prédire théoriquement les structures qui maximisent l'efficacité.

Considérant les OLED avec les couches de diffusion externes dans leur ensemble plutôt que deux entités distinctes, les chercheurs ont combiné la description mathématique des phénomènes de diffusion avec le modèle optique d'émission de lumière au sein d'un OLED pour prédire rapidement les caractéristiques de nombreux dispositifs avec diverses structures. Sur la base de cette approche, l'équipe a théoriquement prédit la combinaison optimale de couches de diffusion et d'architectures OLED pouvant conduire à une efficacité maximale.

Suite à cette prédiction théorique, l'équipe a produit expérimentalement le film de diffusion de lumière optimal et l'a incorporé à des OLED avec des émetteurs orange ayant un degré élevé d'orientation horizontale des dipôles. Par conséquent, l'équipe a réalisé avec succès des OLED présentant un EQE de 56 % et une efficacité énergétique de 221 lm/W. Il s'agit de l'une des efficacités les plus élevées jamais réalisées pour un dispositif d'unité OLED sans l'aide d'une lentille macroscopique ou de structures d'extraction de lumière internes.

Le professeur Yoo a dit, « Il existe diverses technologies développées pour améliorer l'efficacité d'extraction de la lumière OLED ; néanmoins, la plupart d'entre eux n'ont pas atteint un niveau d'utilisation pratique. Cette recherche fournit principalement un moyen systématique d'atteindre un EQE de 50 pour cent ou plus dans les OLED tout en gardant à l'esprit les contraintes de commercialisation. L'approche montrée ici peut facilement être appliquée aux dispositifs d'éclairage ou aux capteurs de dispositifs portables."