Les diodes électroluminescentes organiques (OLED) sont largement utilisées dans la technologie d'affichage et sont également à l'étude pour les applications d'éclairage. Une compréhension globale de ces dispositifs est donc importante si leurs propriétés doivent être exploitées à leur plein potentiel. Des chercheurs de l'Université de Tsukuba ont observé directement la dynamique des électrons photoexcités dans un film organique en utilisant la microscopie à émission de photoélectrons à résolution temporelle. Leurs conclusions sont publiées dans Matériaux optiques avancés .

Les écrans OLED sont populaires car ils sont lumineux, poids léger, et ne consomme pas beaucoup d'énergie. Leur sortie est générée lorsqu'un exciton - une combinaison d'un électron et d'un trou d'électron - libère son énergie. Cependant, cette version n'est pas possible pour tous les excitons OLED, ce qui rend leur efficacité globale faible.

Pour remédier à cette limite, les chercheurs se concentrent sur les OLED qui présentent une fluorescence retardée activée thermiquement (TADF-OLED), qui montrent des rendements allant jusqu'à 100 %.

Cependant, les détails de la dynamique des électrons qui affectent leurs performances ne sont pas entièrement compris. Les tentatives pour en savoir plus ont utilisé des modèles mal définis, ce qui signifie que les résultats ont été difficiles à interpréter et à appliquer à d'autres systèmes.

Les chercheurs se sont concentrés sur un seul composant, film à l'état solide d'un matériau connu sous le nom de 4CzIPN et l'a étudié en utilisant la microscopie électronique à photoémission à résolution temporelle (TR-PEEM). Ils ont comparé leurs résultats avec des observations faites à l'aide de la méthode de photoluminescence à résolution temporelle (TR-PL) plus couramment utilisée pour tenter d'établir des détails du processus de désintégration qui étaient auparavant inconnus.

"Les films à semi-conducteurs sont d'excellents matériaux pour les OLED car ils simplifient le processus de fabrication des dispositifs, réduire la dégradation souvent constatée, et présentent d'excellentes efficacités quantiques, " explique l'auteur correspondant de l'étude, le professeur Yoichi Yamada. " Le problème est que nous ne comprenons toujours pas complètement ce qui arrive aux excitons, il est donc possible que nous puissions les rendre encore meilleurs."

Les chercheurs ont réussi à détecter la dynamique des électrons photoexcités du film à l'état solide TADF à l'aide du TR-PEEM. Et en comparant avec les résultats de TR-PL, ils ont identifié des électrons à longue durée de vie qui, selon eux, ont été formés par la dissociation d'excitons.

Ils ont découvert que jusqu'à 4 % des excitons formés peuvent se dissocier et se retrouver piégés dans le film. Très peu de preuves de cela ont été notées en utilisant d'autres techniques.

« En plus de détecter une caractéristique de la désintégration des excitons dans les TADF-OLED qui n'a pas été directement observée à ce jour ; nous avons également démontré le potentiel de la méthode TR-PEEM, " explique le professeur Yamada. " Nous pensons que nos découvertes apporteront une contribution significative au développement de produits OLED efficaces. "