Les OLEDs Organic Light Emitting Diodes Principes de base

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Les OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) Principes de base Sébastien Chénais Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord, Villetaneuse

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arrange Les O rganic L ight E mitting D iodes ... Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? Quelle est la différence avec les LEDs (à semiconducteurs inorganiques) ? À quand la DIODE LASER organique ?

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Depuis l'invention du laser en 1960… 1962 : Invention de la LED (General Electrics) 1963 : Electroluminescence dans l'anthracène (Pope) A. Hegger A. McDiarmid H. Shirakawa Qu'est-ce que c'est ? Prix Nobel de Chimie 2000 1987 : Première diode électroluminescente organique multi-love seats ( Tang et Van Slyke , Eastman Kodak) Comment ça marche ? ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ? 1987 1962 1963 1977 : Découverte de la conduction électronique dans les movies de polyacétylène Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? 1990 : Electroluminescence dans les polymères (Friend, Cambridge) ≠ avec LED ? Industrialisation 1997 : Premier produit business (Pioneer) 2002 : Ecran plat 15" (Kodak, Sanyo) Polymères Hétérojonctions Films minces 1997 1990 1977 Cristaux

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Description Cathode métallique Matériaux organiques (petites molécules ou polymères) Anode transparente et conductrice = ITO Epaisseur totale ~ 200 nm Substrat Lumière

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2 technos différentes OLED (Organic LED) PLED (Polymer LED)

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Les exhibitions Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ? Advancement des exhibitions

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Les Produits Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ? Affichage bas-coût : polymères Super utile

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Les Produits Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ? Petit affichage (déjà business) : téléphones portables

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Les Produits Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ? Moyen affichage (models) Sony 13"

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Les Produits Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ? … Et excellent affichage, livré avec le sourire Samsung 41"

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Le Marché Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ?

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Avantages/inconvénients des OLEDs Propriétés des écrans OLEDs (comp. Ecrans LCD)  luminance uniforme (180° edge vision)  1000 fois in addition to rapides (temps réponse ~ µs/~ ms pour LCD)  faibles consommateurs en énergie  in addition to minces, potentiellement réalisables sur substrats souples (plastiques)  moins chers (technos « faciles », matériaux bon marché)  matériaux en général non polluants  durée de strive (2000 h pour les émetteurs bleus, jusquà 20000 h pour verts et rouges… ) et robustesse OLED LCD

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Le Futur Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ? ◙ OLED transparentes ◙ Ecrans Souples ◙ Eclairage économique et écologique ◙ Diode laser ??

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Back to essentials… * H C H Liaison σ et contact π Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ? Contact σ (specialty)  guarantee le maintien de la molécule (move σ→σ * dans l'UV lointain) Liaison π (faible)  move π→ π * dans l'UV-unmistakable

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Les molécules conjuguées Conjugaison = alternance de simples et duplicates contacts Exemple : Le benzène C 6 H 6 Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? 6 électrons délocalisés sur toute la molécule À quand la DL Organique ?

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Molécules conjuguées … Ou bien une vision in addition to « quantique » : l'électron est délocalisé sur l'ensemble de la molécule comme un électron dans un puits quantique (ici sur l'anthracène) Que se antiquated t-il lorsqu'une molécule conjuguée catch un électron ? Un jeu de bascules… (ici sur un polyacétylène) H Qu'est-ce que c'est ? H C H Comment ça marche ? H C H ≠ avec LED ? H Formation d'un radical-particle À quand la DL Organique ?

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Les molécules conjuguées La conjugaison en termes de niveaux d'énergie = « bande » de conduction π * π * LUMO Qu'est-ce que c'est ? HOMO p z = « bande » de valence π Comment ça marche ? π ≠ avec LED ? HOMO = H ighest O ccupied M olecular O rbital = la in addition to haute orbitale π occupée standard une paire d'électrons À quand la DL Organique ? LUMO = L owest U noccupied M olecular O rbital = la in addition to basse orbitale π * inoccupée

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Une OLED basic Ça marche mal (rendement max 0,1 %) mais ça marche pas de matériaux dopés , pas de jonction PN ! ça ne marche que si les métaux d'électrodes sont différents… ? Schéma de l'OLED la in addition to straightforward ITO = Idium Tin Oxide (straightforward + conducteur) Qu'est-ce que c'est ? Métal (Mg, Al… ) Comment ça marche ? ≠ avec LED ? Matériau organique conjugué À quand la DL Organique ? Substrat (verre) ~ 100 nm 10 V sur 100 nm = champ ~ 10 6 V/cm

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Injection des électrons + LUMO 2) L'électron se délocalise grâce au caractère conjugué. La molécule est donc chargée négativement HOMO Qu'appelle-t-on « électron  » dans un semi-con organique ? Métal (Al) Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? 1) Un électron libre du métal saute sur une molécule À quand la DL Organique ? 3) L'électron supplémentaire induit une déformation de la molécule et une polarization des molécules avoisinantes

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Injection des électrons Qu'appelle-t-on « électron  » dans un semi-con organique ? Métal (Al) Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? 1) Un électron libre du métal saute sur une molécule À quand la DL Organique ? 2) L'électron se délocalise grâce au caractère conjugué. La molécule est donc chargée négativement 3) L'électron supplémentaire induit une déformation de la molécule et une polarization des molécules avoisinantes 4) l'électron saute de molécule en molécule (« hopping ») standard effet burrow ou en s'aidant de phonons

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Injection des électrons Qu'appelle-t-on « électron  » dans un semi-con organique ? Métal (Al) Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? 1) Un électron libre du métal saute sur une molécule À quand la DL Organique ? 2) L'électron se délocalise grâce au caractère conjugué. La molécule est donc chargée négativement 3) L'électron supplémentaire induit une déformation de la molécule et une polarization des molécules avoisinantes 4) l'électron saute de molécule en molécule (« hopping »)

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Injection des électrons Qu'appelle-t-on « électron  » dans un semi-con organique ? Métal (Al) Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? 1) Un électron libre du métal saute sur une molécule À quand la DL Organique ? 2) L'électron se délocalise grâce au caractère conjugué. La molécule est donc chargée négativement 3) L'électron supplémentaire induit une déformation de la molécule et une polarization des molécules avoisinantes 4) l'électron saute de molécule en molécule (« hopping »)

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Injection des électrons 1) Un électron libre du métal saute sur une molécule 2) L'électron se délocalise grâce au caractère conjugué. La molécule est donc chargée négativement 3) L'électron supplémentaire induit une déformation de la molécule et une polarization des molécules avoisinantes 4) l'électron saute de molécule en molécule (« hopping ») Qu'appelle-t-on « électron  » dans un semi-con organique ? Métal (Al) Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ?

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Injection des électrons Électron + champ de contraintes et de polarization = POLARON négatif (ou « électron » standard abus de langage) Qu'appelle-t-on « électron  » dans un semi-con organique ? Métal (Al) Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ?

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Injection des trous Qu'est-ce qu'un « trou » ? Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ITO ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ? 1) Un électron du niveau HOMO saute dans le métal  un trou est injecté depuis l'ITO LUMO HOMO

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Injection des trous Qu'est-ce qu'un « trou » ? Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ITO ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ? 1) Un électron du niveau HOMO saute dans le métal  un trou est injecté depuis l'ITO 2) La molécule est chargée + ; le trou migre de molécule en molécule en sautant

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Injection des trous Qu'est-ce qu'un « trou » ? Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ITO ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ? 1) Un électron du niveau HOMO saute dans le métal  un trou est injecté depuis l'ITO 2) La molécule est chargée + ; le trou migre de molécule en molécule en sautant

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Injection des trous Qu'est-ce qu'un « trou » ? Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ITO ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ? 1) Un électron du niveau HOMO saute dans le métal  un trou est injecté depuis l'ITO 2) La molécule est chargée + ; le trou migre de molécule en molécule en sautant

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Injection des trous Qu'est-ce qu'un « trou » ? Qu'est-ce que c'est ? Remark ça marche ? ITO ≠ avec LED ? À quand la DL Organique ? 1) Un électron du niveau HOMO saute dans

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