Le nouvel OLET, qui est 10 fois plus efficace que tout autre OLET rapporté, a une structure tricouche. Les électrons de la couche verte et les trous de la couche bleue se déplacent vers la couche rouge du milieu, où les excitons sont formés et la lumière est émise. Copyright de l'image :Nature Publishing Group.
(PhysOrg.com) -- Déjà, les diodes électroluminescentes organiques (OLED) sont de plus en plus commercialisées pour les applications d'affichage lumineux en raison de leurs avantages tels que les faibles coûts de fabrication et l'émission sur une grande surface. Mais les OLED ont aussi des limitations intrinsèques d'efficacité en raison de leur structure, ce qui pourrait limiter leur développement futur en termes de luminosité. Maintenant, une équipe de chercheurs a découvert qu'un autre dispositif organique à base de semi-conducteurs, le transistor organique électroluminescent (OLET), peut augmenter considérablement l'efficacité des OLED puisque les OLET ont la structure d'un transistor plutôt que d'une diode. Dans leur étude récente, les chercheurs ont créé des OLET 10 fois plus efficaces que n'importe quel OLET précédemment rapporté, ainsi que plus de deux fois plus efficace qu'un OLED optimisé fabriqué avec les mêmes matériaux.
Les chercheurs, Raphaëlle Capelli, et al., de l'Institut des Matériaux Nanostructurés (ISMN) de Bologne, Italie, et la société Polyera à Skokie, Illinois, ETATS-UNIS, ont publié leurs résultats dans un récent numéro de Matériaux naturels .
Comme l'expliquent les chercheurs, La technologie OLED est de loin la plus développée des deux dispositifs à base de semi-conducteurs organiques. Mais le plus gros inconvénient de l'utilisation des OLED pour les applications d'affichage lumineux est qu'elles souffrent intrinsèquement de la perte de photons et de l'extinction des excitons. Les deux effets sont un résultat direct de la structure des OLED :la proximité spatiale étroite des contacts électriques et de la région de génération de lumière entraîne l'absorption de certains photons émis, entraînant une perte de photons. De la même manière, le plus grand effet de trempe dans les OLED, appelé trempe de charge d'excitons, réduit le nombre d'excitons, et se produit en raison d'un chevauchement spatial d'excitons et de charges.
Parce que les OLET ont une structure à base de transistors, les chercheurs ont récemment cherché des moyens de supprimer ces effets délétères inhérents à l'architecture OLED. Jusque là, ils n'ont réussi à empêcher qu'un seul type de trempe appelée trempe exciton-métal, ce qui a été fait en déplaçant la zone émettrice de lumière plus loin des électrodes. Cependant, les autres effets subsistaient encore, de sorte que les meilleurs OLET n'atteignent qu'un rendement ne dépassant pas 0,6 %.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont conçu un OLET qui pourrait éviter les pertes de photons et les deux types d'extinction. Dans les manifestations, les nouveaux OLET ont atteint des rendements de 5 %. En comparaison, les OLED équivalents avaient des rendements de seulement 0,01 %, tandis que les OLED optimisés avec la même couche émettrice que les OLET ont atteint des rendements de 2,2 %, la différence étant due à leur structure de diode. (Bien que 2,2 % soit l'efficacité la plus élevée signalée pour les OLED basées sur des émetteurs fluorescents, des chercheurs ont récemment rapporté des OLED à base de matériau émetteur phosphorescent avec une efficacité de l'ordre de 20%.)
Les chercheurs appellent leur nouveau dispositif un OLET à effet de champ à trois couches en raison de ses trois couches semi-conductrices organiques :une couche supérieure de canal p de 15 nm d'épaisseur qui transporte les trous, une couche intermédiaire de 40 nm d'épaisseur émettant de la lumière (la « zone de formation d'excitons »), et une couche inférieure à canal n de 7 nm d'épaisseur qui transporte les électrons. Dans cette configuration, les électrons et les trous se déplacent de leurs couches respectives vers la couche intermédiaire, où les excitons sont formés et la lumière est émise. Les trois couches semi-conductrices sont positionnées sur un substrat à trois couches de verre, l'oxyde d'étain indium, et PMMA, et deux électrodes en or sur le dessus complètent le design.
L'architecture tricouche offre plusieurs avantages. Pour un, les régions de formation de lumière et d'émission de lumière sont situées suffisamment loin des électrodes pour éviter les pertes de photons au niveau des électrodes et la trempe exciton-métal. Aussi, la zone électroluminescente est physiquement séparée des flux de charge, qui empêche l'extinction de la charge d'excitons. Pour ces raisons, les chercheurs décrivent l'OLET tricouche comme une « OLED sans contact, ” où ces effets délétères sont intrinsèquement prévenus. En plus de ces améliorations, les chercheurs prédisent que l'efficacité du nouvel OLET devrait pouvoir être encore augmentée avec d'autres ajustements, telles que la diminution de la tension de fonctionnement et le réglage minutieux de chaque partie de la structure.
« Malgré les améliorations techniques nécessaires, nous pensons que nos OLET à trois couches représentent une voie viable pour augmenter encore plus l'efficacité de l'appareil, " Capelli, chercheur à l'ISMN, Raconté PhysOrg.com .
Globalement, les scientifiques espèrent que l'OLET représente une voie vers le développement de dispositifs électroluminescents organiques pratiques avec une efficacité sans précédent. L'appareil pourrait offrir le potentiel de nombreuses applications, telles que les sources lumineuses nanométriques intenses et les systèmes optoélectroniques.
« L'OLET est un nouveau concept d'émission lumineuse, fournir des sources lumineuses planes qui s'intègrent facilement dans des substrats de différentes natures (silicium, un verre, Plastique, papier, etc.) en utilisant des techniques microélectroniques standards, " a déclaré Michèle Muccini, chercheur à l'ISMN. «Nos appareils fournissent des sources lumineuses planaires de la taille d'un micromètre qui pourraient permettre des applications photoniques organiques telles que la biodétection intégrée sur puce et la technologie d'affichage haute résolution avec électronique intégrée. De plus, une perspective à long terme pour les OLET pourrait être liée à la réalisation d'un laser organique pompé électriquement.
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