OLED avec la structure composite de TiO2/graphène/électrode polymère conductrice en fonctionnement. L'OLED présente 40,8 % d'efficacité quantique externe ultra-élevée (EQE) et 160,3 lm/W d'efficacité énergétique. L'appareil préparé sur un substrat en plastique illustré à droite reste intact et fonctionne bien même après 1, 000 cycles de pliage à un rayon de courbure aussi petit que 2,3 mm. Crédit :KAIST
L'arrivée d'un ordinateur fin et léger qui s'enroule même comme un morceau de papier ne se fera pas dans un avenir lointain. Diodes électroluminescentes organiques flexibles (OLED), construit sur un substrat en plastique, ont reçu une plus grande attention ces derniers temps pour leur utilisation dans les écrans de nouvelle génération qui peuvent être pliés ou roulés tout en continuant de fonctionner.
Une équipe de recherche coréenne dirigée par le professeur Seunghyup Yoo de la School of Electrical Engineering, KAIST et le professeur Tae-Woo Lee du Département de science et génie des matériaux, L'Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH) a développé des OLED hautement flexibles avec une excellente efficacité en utilisant du graphène comme électrode transparente (TE) qui est placée entre le dioxyde de titane (TiO2) et les couches de polymère conducteur. Les résultats de la recherche ont été publiés en ligne le 2 juin 2016 en Communication Nature .
Les OLED sont empilées en plusieurs couches ultra-fines sur du verre, déjouer, ou supports plastiques, dans lequel des multicouches de composés organiques sont prises en sandwich entre deux électrodes (cathode et anode). Lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes, les électrons de la cathode et les trous (charges positives) de l'anode se rapprochent et se rencontrent dans la couche émissive. Les OLED émettent de la lumière lorsqu'un électron se recombine avec un trou positif, libérant de l'énergie sous la forme d'un photon. L'une des électrodes des OLED est généralement transparente, et selon quelle électrode est transparente, Les OLED peuvent émettre par le haut ou par le bas.
Dans les OLED conventionnelles à émission inférieure, une anode est transparente pour que les photons émis sortent du dispositif à travers son substrat. L'oxyde d'indium-étain (ITO) est couramment utilisé comme anode transparente en raison de sa haute transparence, faible résistance de feuille, et un processus de fabrication bien établi. Cependant, L'ITO peut potentiellement être coûteux, et de plus, est cassant, étant sensible à la formation de fissures induite par la flexion.
La nouvelle architecture pour développer des OLED hautement flexibles avec une excellente efficacité en utilisant le graphène comme électrode transparente (TE). Crédit :KAIST
Graphène, une mince couche bidimensionnelle d'atomes de carbone étroitement liés ensemble dans un réseau hexagonal en nid d'abeille, a récemment émergé comme une alternative à l'ITO. Avec une électricité exceptionnelle, physique, et propriétés chimiques, sa finesse atomique conduisant à un degré élevé de flexibilité et de transparence en fait un candidat idéal pour les TE. Néanmoins, l'efficacité des OLED à base de graphène rapportée à ce jour a été, au mieux, à peu près le même niveau d'OLED à base d'ITO.
Comme solution, l'équipe de recherche coréenne, qui comprend en outre les professeurs Sung-Yool Choi (génie électrique) et Taek-Soo Kim (génie mécanique) de KAIST et leurs étudiants, a proposé une nouvelle architecture de dispositif qui peut maximiser l'efficacité des OLED à base de graphène. Ils ont fabriqué une anode transparente dans une structure composite dans laquelle une couche de TiO2 à indice de réfraction élevé (high-n) et une couche d'injection de trous (HIL) de polymères conducteurs à faible indice de réfraction (low-n) électrodes sandwich graphène. Il s'agit d'une conception optique qui induit une collaboration synergique entre les couches high-n et low-n pour augmenter la réflectance effective des TE. Par conséquent, l'amélioration de la résonance de la cavité optique est maximisée. La résonance de la cavité optique est liée à l'amélioration de l'efficacité et de la gamme de couleurs dans les OLED. À la fois, la perte de polariton de plasmon de surface (SPP), une cause majeure de faible émission de photons dans les OLED, est également réduite en raison de la présence des polymères conducteurs à faible n.
Dans cette approche, Les OLED à base de graphène présentent 40,8 % d'efficacité quantique externe (EQE) ultra-élevée et 160,3 lm/W d'efficacité énergétique, ce qui est sans précédent chez ceux qui utilisent le graphène comme TE. Par ailleurs, ces appareils restent intacts et fonctionnent bien même après 1, 000 cycles de pliage à un rayon de courbure aussi petit que 2,3 mm. Il s'agit d'un résultat remarquable pour les OLED contenant des couches d'oxyde telles que le TiO2, car les oxydes sont généralement cassants et sujets aux fractures induites par la flexion, même à une contrainte relativement faible. L'équipe de recherche a découvert que le TiO2 possède un mécanisme de durcissement par déviation des fissures qui tend à empêcher la formation facile de fissures induites par la flexion.
Le professeur Yoo a dit, "Ce qui est unique et avancé dans cette technologie, par rapport aux précédents OLED à base de graphène, est la collaboration synergique de couches à indice élevé et faible qui permet la gestion optique à la fois de l'effet de résonance et de la perte SPP, conduisant à une amélioration significative de l'efficacité, le tout avec peu de compromis sur la flexibilité." Il a ajouté, « Notre travail a été l'aboutissement d'une recherche collaborative, transcender les frontières des différents domaines, grâce auxquels nous avons souvent trouvé des percées significatives."
Le professeur Lee a dit, "Nous espérons que notre technologie ouvrira la voie au développement d'une source lumineuse OLED pour des écrans hautement flexibles et portables, ou des capteurs flexibles pouvant être fixés au corps humain pour la surveillance de la santé, par exemple."
