Les écrans plats

Diodes organiques
électroluminescentes blanches
Nolwenn Huby
Laurent Aubouy
Sommaire
Les écrans plats
 Les principales technologies
 Les écrans OLED
L’OLED
 Caractère semi-conducteur organique
 Principe de fonctionnement
 Génération de la couleur dans l’écran OLED
L’OLED blanche
 Pourquoi du blanc organique?
 Fabrication des dispositifs
 Résultats
Conclusions & Perspectives
Petites tailles
Grandes tailles
Les écrans plats : Compétition des technologies
Les écrans plats :
Principe des principales technologies
Écrans non émissifs

Écrans émissifs
Lumière émise directement
par l’écran

Source de lumière
Observateur
Écran  filtres
Modulation de la lumière
LCD : écran à cristal liquide (1970/1980)
LCOS : cristal liquide sur silicium
CRT : tube cathodique (1897/1929)
PDP : écran plasma (1927)
ELD : écran luminescent
OLED,PLED : écran électroluminescent
organique (1990/…)


applications
LCD
faible consommation,
bas coût
Contraste, temps de
réponse, angle de vue
PC (150 Cd/m2)
OLED
contraste, angle de vue,
faible consommation
Durée de vie (bleu),
vidéo (écrans
plats)
Le marché de l’écran OLED
Source :
Universal Display Corporation
L’OLED
Organic : molécule à base de carbone et d’hydrogène (couche mince)
Light
Emitting génération de lumière sous l’application d’un champ électrique.
Diode
Caractère semi-conducteur d’un matériau
organique
E
H
2p
sp2
2s
1s
H
C C
H
H
Éthylène
Liaison p  HOMO  Bande de valence
Liaison p*  LUMO  Bande de conduction
Énergie
Caractère semi-conducteur :
Inorganique/organique
2s, 2p…
EF
EF
1s
Cristal inorganique
LUMO
g(E)
EF
HOMO
Molécule
EF
Molécule
Cristal Moléculaire
H. Ishii and K. Seki, in Dekker, Inc, New-York, 2002) p. 298
LUMO
Énergie
Atome
HOMO
g(E)
Fabrication des dispositifs électroluminescents
Gravure à l’eau régale
ITO sur verre
Nettoyage (bain à ultra-sons)
Trichloréthylène, Ethanol & eau
+ Ozone
Dépôt du PEDOT-PSS
Etuve (80°, 60 minutes)
Evaporation sous vide (10-6 mbar) :
Molécules organiques Cathode
Cathode (métaux): Ca, Al
Fonctionnement d’une OLED
Ca
cathode
ITO
Ito /pedot
VERRE
V appliqué > V seuil
V appliqué =Vbi
-e
-a
-b
ITO/PedoT
Ca
+ +
1)
+ +
Energie (eV)
V appliqué = 0
silole
1) Injection de charges aux électrodes
2) Transport au sein de la couche émissive.
3) Recombinaison radiative
 Couleur émise = fonction de la molécule utilisée
Génération de la couleur dans
l’écran OLED
Émetteurs RGB
Émetteur blanc + Filtres colorés
Couche protectrice
filtres
électrode
R
G
B
substrat
électrode
substrat


Émetteurs RGB
Efficacité optique
Dépôt de plusieurs couches
Émetteur blanc+filtres
Fabrication - lourde
Brillance & rendements réduits
Réalisation de diodes blanches
• Pourquoi des OLED blanches?
 Pour source blanche dans un écran
OLED avec filtres.
 Pour le rétro éclairage des LCDs.
 Source solide de lumière.
• comment définir la lumière blanche?
Réalisation de diodes blanches
• Dans la littérature :
dispositifs multicouches :
LiF/Al
Alq3
CPVBi
NPB
W. Xie, S. Liu and Y. Zhao, J. Phys. D : Appl. Phys. 36, p 1246 (2003)
DCM1
 évaporation successive de
3 molécules organiques.
ITO
glass
dopage d’une couche organique avec 3 types de colorants R, G, B :
Mg:Ag 10:1
TPBI (40nm)
PAN-NPA:rubrène (x %)
ITO
glass
PAPN-NPA : émetteur bleu
TPBI : confinement dans PAPN-NPA
Rubrène : émetteur rouge-orange
C.H. Chuenand Y.T. Tao, Appl.Phys.Lett. 81, p 4499 (2002)
• Notre objectif :
Emission blanche venant d’une seule molécule
Résultats (1)
• Pour obtenir une OLED blanche :
Synthèse de la molécule
travail du chimiste essentiel !
• Une fois la molécule synthétisée :
Réalisation des dispositifs électroluminescents.
Caractérisation (I-V-L(-T)), spectre d’émission…).
Optimisation molécule / structure du dispositif
Étude des phénomènes de transport.
Résultats (2)
PEDOT
1
Ca/Al
Molécule
organique
verre
(PEDOT : injecteur d’électrons
rugosité ITO )
ITO
Spectre d’électroluminescence
EL normalisée (u.a.)
0,8
0,6
0,4
0,2
0
300
400
500
600
700
longueur d'onde (nm)
800
900
 Domaine du visible couvert.
 Coordonnées chromatiques :
x=0,33 ; y=0,38
Résultats (3)
• Rôle de l’épaisseur de la couche émissive


Interférences modifient le spectre d’émission
Possibilité de « choisir » les coordonnées.
1
30nm
60nm
110nm
Intensité EL (u.a.)
0,8
0,6
0,4
0,2
0
300
400
500
600
700
lambda (nm)
800
900
Résultats (4)
 Rajout d’un transporteur de trous
(épaisseurs)
Optimisation de la diode : structure bicouche
1
•
•
intensité EL (u.a.)
0,8
Coordonnées : 0.33 ; 0.34 !
Performances : x 5
0,6
? Apparition d’un pic
0,4
0,2
Origine : à l’étude
0
300
400
500
600
700
lambda (nm)
800
900
1000
conclusions
• OLEDs : 15 ans après: début de commercialisation.
• Nouveau concept : WOLED…source solide d’éclairage
• Molécule seule  spectre blanc d’électroluminescence
mais performances faibles…
Perspectives
• Améliorer les performances du blanc
• Autres matériaux à l’étude (vert, bleu)
• Comprendre & identifier les mécanismes de transport