Par Piotr Trzaska | Noctiluca | https://noctiluca.eu/
OLED (diodes électroluminescentes organiques) est la technologie d'affichage basée sur une fine couche d'émetteurs organiques qui émettre de la lumière d'une couleur spécifique. Les éléments clés de la structure des écrans OLED sont les émetteurs OLED - les composés chimiques sous forme de poudre responsables de la luminescence - émission de lumière après application d'un courant électrique. La qualité de l'image affichée à l'aide de la technologie OLED, la saturation de la couleur et l'intensité de la lumière dépendent en grande partie des paramètres des émetteurs, qui ont évolué avec le développement de l'industrie.
Les technologies OLED ont été divisées en 4 générations, en fonction des caractéristiques de l'émetteur, qui déterminent les propriétés de la diode construite avec son utilisation : 1ère génération - diodes fluorescentes, 2ème génération - diodes phosphorescentes, 3ème génération basée sur l'effet TADF, et 4ème génération basée sur l'hyperfluorescence. Noctiluca développe des systèmes d'émetteurs OLED TADF de troisième et quatrième génération, qui deviendront une alternative à la technologie existante. Pourquoi ? Trouvons la réponse en analysant toutes les générations.
Émetteurs de première génération, appelés "OLED fluorescents".
Les écrans OLED de la première génération sont appelés OLED fluorescents et utilisent des émetteurs organiques. Comme le croisement intersystème (ISC) entre des états de multiplicité différente est impossible en raison des lois fondamentales de la physique, seule la transition S1 -> S0 est autorisée et radiative. Lors d'une excitation électrique, seuls 25% des excitons formés sont de multiplicité singulière et sont émissifs. Les 75% restants sont de multiplicité triplet et ne sont pas impliqués dans l'émission de lumière. C'est pourquoi le rendement quantique interne (IQE) des OLED fluorescentes est plafonné à 25 % et, par conséquent, le rendement quantique externe (EQE) à quelques pour cent.
Les émetteurs de deuxième génération les plus courants aujourd'hui
Pour utiliser les 75 % d'excitons restants, des complexes métallorganiques ont été découverts et nommés émetteurs OLED de deuxième génération. Comme la présence de métaux rares comme l'iridium et le platine provoque un couplage spin-orbite très fort, dans les émetteurs phosphorescents, la transition T1 -> S0 devient radiative et le processus ISC entre S1 et T1 a également lieu. Cette approche permet théoriquement d'utiliser jusqu'à 100% des excitons formés pour l'émission de lumière et jusqu'à 100% de l'EQI. Les valeurs d'EQE des meilleures OLED phosphorescentes sont d'environ 30%.
Bien que les émetteurs phosphorescents offrent une efficacité élevée et un potentiel d'application dans la technologie OLED, la présence de métaux de terres rares et de métaux précieux coûteux et toxiques dans la structure des complexes, causant des problèmes de recyclage, limite leur application à l'échelle industrielle. De plus, à ce jour, il y a un manque notable d'émetteurs bleus, qui représentent 70% de l'émission de lumière des écrans, de deuxième génération.
TADF - émetteurs de troisième et quatrième génération
Les problèmes posés par les émetteurs de première et deuxième générations ont stimulé la recherche intensive d'autres émetteurs efficaces, mais dont la structure ne comporte pas de métaux. L'un des phénomènes prometteurs est la fluorescence retardée activée thermiquement (TADF). Grâce à une conception appropriée, les émetteurs TADF présentent une très faible différence d'énergie entre les états S1 et T1 (ΔEST). Lorsque la durée de vie de l'exciton dans l'état triplet est suffisamment longue, le processus RISC devient autorisé et est thermiquement activé. Les excitons triplets sont convertis en excitons singlets - émissifs, et l'émission de fluorescence retardée se produit. La valeur maximale théorique de l'IQE est de 100 %.
Le développement de la technologie OLED ne s'est pas arrêté à la troisième génération. Les exigences pour la prochaine génération sont un rendement élevé, une grande pureté des couleurs et une durée de vie considérable. L'une des approches les plus prometteuses qui remplissent ces conditions est l'hyperfluorescence - le concept développé par les scientifiques de l'Université de Kyushu. L'hyperfluorescence est un terme connu depuis 2013, date à laquelle Adachi et son groupe ont développé cette approche. Dans une hyperfluorescence, la molécule TADF ne sert pas d'émetteur mais transfère efficacement l'excitation de l'hôte vers le dopant fluorescent. Au cours du mécanisme TADF, les excitons triplets générés électriquement sont convertis en excitons singlets, puis par FRET, l'état S1 du dopant fluorescent est rempli et l'émission de lumière se produit. Cette approche est intéressante en raison d'une bande d'émission extrêmement étroite, d'une meilleure stabilité et d'une grande pureté de couleur. La limite théorique de l'IQE pour l'hyperfluorescence est de 100 %.
Pourquoi avons-nous besoin de la 3e et de la 4e génération d'émetteurs ?
Les émetteurs TADF devraient stimuler la croissance de l'industrie des OLED dans les années à venir, car ils permettent de résoudre de nombreux problèmes :
Ils sont plus efficaces sur le plan énergétique - les téléphones 5G consomment jusqu'à 33 % de plus que les téléphones 4G, les appareils pliables permettent d'obtenir un écran plus grand, et un design fin signifie moins d'espace pour la batterie - en gardant tout cela à l'esprit, les écrans OLED avec des émetteurs de 3e et 4e génération pourraient permettre d'économiser jusqu'à 30 % de la consommation d'énergie actuelle.
Ils sont meilleurs pour l'environnement - les écrans OLED avec des émetteurs de 3ème et 4ème génération ne nécessitent pas de métaux lourds et d'éléments de terres rares.
Ils sont moins chers
Ils prolongent la durée de vie des appareils et éliminent l'effet d'usure des écrans.
Valeur ajoutée : émetteur bleu efficace, irréalisable pour la 2e génération.
Sur le marché des OLED, l'utilisation d'émetteurs de deuxième génération a connu une croissance rapide au cours des dernières années - mais pas dans toutes les couleurs. Bien que des émetteurs de lumière verte et rouge efficaces aient été produits avec succès, la construction d'émetteurs de lumière bleue de haute qualité semble être un problème insurmontable - le marché utilise toujours des émetteurs bleus de l'ancienne première génération.
Le principal objectif technologique des fabricants d'émetteurs OLED est de créer et de mettre en œuvre des émetteurs de nouvelle génération (OLED de 3e et 4e génération), et de briser la barrière technologique associée aux émetteurs de lumière bleue. À ce jour, cependant, personne dans le monde n'a réussi à créer un émetteur RVB efficace de 3e ou 4e génération qui pourrait être mis en œuvre commercialement (un cas d'utilisation avec un affichage monochromatique jaune a été déployé). L'obtention d'émetteurs de 3e et 4e génération constituera une véritable percée technologique. [This is automatically translated from English]