Une percée dans les diodes électroluminescentes organiques (OLED)

Le nouveau concept de matériau élimine les effets indésirables des impuretés dans les diodes électroluminescentes organiques.

Des chercheurs de l’Institut Max Planck ont ​​créé une nouvelle structure moléculaire qui améliore l’efficacité des OLED bleues. Leur percée peut simplifier le processus de conception et de production de ces OLED.

Les diodes électroluminescentes organiques (OLED) sont devenues une caractéristique commune dans de nombreux appareils modernes, des téléviseurs aux smartphones. Pour afficher une image, les OLED doivent projeter de la lumière dans les trois couleurs primaires : rouge, vert et bleu. Notamment, la fabrication de diodes électroluminescentes pour la lumière bleue est particulièrement difficile en raison de ses propriétés physiques à haute énergie, ce qui complique le développement de matériaux appropriés.

Un facteur important dans la performance de ces matériaux est la présence de petites quantités d’impuretés impossibles à éliminer complètement. De telles impuretés, comme les molécules d’oxygène, entravent le mouvement des électrons à l’intérieur de la diode, interférant avec le processus de génération de lumière. Lorsqu’un électron est piégé par ces impuretés, son énergie est convertie en chaleur au lieu de lumière. Ce phénomène, appelé « piégeage de charge », affecte principalement les OLED bleues, entraînant une réduction substantielle de leur efficacité.

Une équipe dirigée par Paul Blom, directeur de l’Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères, s’est récemment penchée sur la question du piégeage de charge en utilisant une nouvelle classe de molécules. Ces molécules comportent deux parties chimiques : une partie facilite la conduction électronique, tandis que l’autre partie n’est pas sensible aux impuretés. En manipulant la structure chimique de la molécule, une disposition spatiale spéciale est obtenue : lorsque plusieurs molécules sont jointes, elles forment une sorte de “spirale” – cela signifie que la partie conductrice d’électrons des molécules forme la partie interne, qui est blindée sur l’extérieur par l’autre partie des molécules. Cela ressemble, d’une manière moléculaire, à un câble coaxial avec un noyau interne conducteur d’électrons et une partie externe protégeant le noyau.

La gaine forme ainsi une sorte de « couche protectrice » pour le cœur conducteur électronique, le protégeant de l’intrusion de molécules d’oxygène. Ainsi, les électrons peuvent se déplacer rapidement et librement le long de l’axe central de la spirale sans être piégés par des obstacles, à l’instar des voitures sur une autoroute sans passages à niveau, feux de circulation ou autres obstacles.

“L’une des particularités de notre nouveau matériau est que l’absence de pertes dues aux impuretés et le transport efficace des électrons qui en résulte peuvent grandement simplifier la conception des OLED bleues, tout en maintenant un rendement élevé”, explique Paul Blom.

Avec cette approche innovante, les chercheurs espèrent simplifier considérablement la production de diodes électroluminescentes bleues. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Matériaux naturelsmarquant une étape importante vers l’avancement de la technologie OLED.

Référence : “Élimination du piégeage des porteurs de charge par conception moléculaire” par Oskar Sachnik, Xiao Tan, Dehai Dou, Constantin Haese, Naomi Kinaret, Kun-Han Lin, Denis Andrienko, Martin Baumgarten, Robert Graf, Gert-Jan AH Wetzelaer, Jasper J. Michels et Paul WM Blom, 29 juin 2023, Matériaux naturels.
DOI : 10.1038/s41563-023-01592-3