Les OLED phosphorescents bleus peuvent désormais durer tant que les OLED phosphorescents verts déjà dans les appareils, ont démontré des chercheurs de l'Université du Michigan, ouvrant la voie à l'amélioration de l'efficacité énergétique des écrans OLED.
« Cela fait entrer le blues dans le domaine des vies vertes », a déclaré Stephen Forrest, le professeur de génie électrique distingué de Peter A. Franken Photonique de la nature.
« Je ne peux pas dire que le problème est complètement résolu – bien sûr, il n'est pas résolu jusqu'à ce qu'il entre dans votre affichage, mais je pense que nous avons montré le chemin vers une vraie solution qui a échappé à la communauté depuis deux décennies. »
Les écrans OLED sont standard dans les smartphones phares et les téléviseurs haut de gamme, offrant un contraste élevé et une efficacité énergétique car des variations de luminosité sont obtenues par les émetteurs légers plutôt que par une couche de cristal liquide au-dessus. Cependant, tous les OLED ne sont pas tout aussi économes en énergie.
Dans les étalages actuels, les OLED rouges et verts produisent de la lumière à travers la voie phosphorescente très efficace, tandis que les OLED bleus utilisent toujours la fluorescence. Cela signifie que si les OLED rouges et verts ont un maximum théorique d'un photon pour chaque électron qui traverse l'appareil, les OLED bleus se maîtrisent à une efficacité beaucoup plus faible.
Le problème est que la lumière bleue est l'énergie la plus élevée qu'un dispositif RVB doit produire: les molécules dans les OLED phosphorescentes bleues (pholeds) doivent gérer des énergies plus élevées que leurs homologues rouges et vertes. La plupart de l'énergie part sous forme de lumière bleue, mais lorsqu'elle est piégée, elle peut plutôt décomposer les molécules productrices de couleurs.
Auparavant, l'équipe de Forrest a découvert qu'il y avait un moyen d'obtenir cette énergie piégée plus rapidement en incluant un revêtement sur l'électrode négative qui aide l'énergie à se convertir en lumière bleue. Haonan Zhao, un doctorat récent. Diplômé en physique, a déclaré que c'était comme créer une voie rapide.
« Sur une route qui n'a pas assez de voies, les conducteurs impatients peuvent s'écraser les uns aux autres, ce qui coupe tout le trafic – tout comme deux excitons qui se heurtent les uns aux autres créent beaucoup d'énergie chaude qui détruit la molécule », a déclaré Zhao, premier auteur de cette étude ainsi que de la nouvelle. « Le plasmon exciton polariton est notre conception optique pour une voie rapide exciton. »
Les détails sont basés en mécanique quantique. Lorsqu'un électron entre dans l'électrode négative, il crée ce qu'on appelle un état excité dans l'une des molécules qui produit une lumière bleue. Cet état est un électron chargé négativement qui saute dans un niveau d'énergie plus élevé et un « trou » chargé positivement que l'électron laisse derrière lui – ensemble, ils font un exciton.
Idéalement, l'électron sauterait rapidement à son état d'origine et tirait sur un photon bleu, mais les excitons qui utilisent la route phosphorescente ont tendance à traîner. Le simple fait de se détendre dans leur état d'origine violerait une loi de mécanique quantique. Cependant, les excitons très près de l'électrode produisent des photons plus rapidement car la surface brillante prend en charge un autre quantique quasiparticule – les plasmons surface. Ce sont comme des ondulations dans l'étang d'électrons à la surface du métal.
Si l'exciton dans le matériau émettrice de la lumière est suffisamment proche de l'électrode, il obtient un peu d'aide pour la conversion en lumière bleue car il peut vider son énergie dans un plasmon de surface – un phénomène connu sous le nom d'effet Purcell. Cela le fait parce que l'exciton oscille un peu comme une antenne de diffusion, ce qui crée des vagues dans les électrons de l'électrode.
Ce n'est pas automatiquement utile, cependant, car tous les plasmons de surface ne produisent pas de photons. Pour obtenir le photon, l'exciton doit se fixer au plasmon de surface, produisant un polariton d'exciton plasmon.
L'équipe de Forrest a encouragé cette voie en ajoutant une fine couche de semi-conducteur à base de carbone sur l'électrode brillante qui encourage l'exciton à transférer son énergie et à résonner de la bonne manière. Il étend également l'effet plus profondément dans le matériau émettant la lumière, donc les excitons plus loin de l'électrode peuvent en bénéficier.
L'équipe a rendu compte de l'année dernière, et ils ont depuis mis cet effet avec d'autres approches pour enfin produire un pholet bleu qui peut durer aussi longtemps et brûler aussi brillant qu'un vert. Ce sont les points forts de la conception:
- Deux couches émettrices légères (un tandem OLED): Cela coupe la charge émettant de la lumière de chaque couche en deux, réduisant les chances que deux excitons fusionnent.
- L'ajout d'une couche qui aide les excitons à résonner avec les plasmons de surface près des deux électrodes, de sorte que les deux couches émettrices ont accès à la voie rapide
- Toute la structure est une cavité optique, dans laquelle la lumière bleue résonne entre les deux électrodes de type miroir. Cela pousse la couleur des photons plus profondément dans la gamme bleue.
