Les chercheurs ont développé un modèle théorique qui prédit une augmentation substantielle de la luminosité des diodes émettant de la lumière organique (OLED) en tirant parti de nouveaux états quantiques appelés polaritons. L'intégration des polaritons dans les OLED nécessite efficacement la découverte de nouveaux matériaux, ce qui fait de la mise en œuvre pratique un défi passionnant.
La technologie OLED est devenue une source de lumière courante dans une variété de dispositifs d'affichage haut de gamme, tels que les smartphones, les ordinateurs portables, les téléviseurs ou les montres intelligentes.
Alors que les OLED remodèlent rapidement les applications d'éclairage avec leur flexibilité et leur adhérence écologique, ils peuvent être assez lents pour convertir le courant électrique en lumière, avec seulement une probabilité de 25% dans l'émission de photons efficace et rapide. Ce dernier est une condition importante pour stimuler la luminosité des OLED, qui ont tendance à être plus sombres que les autres technologies lumineuses.
Des chercheurs de l'Université de Turku, de la Finlande et de l'Université Cornell, États-Unis, ont maintenant proposé un modèle prédictif pour surmonter ce problème. Leurs recherches sont publiées dans Matériaux optiques avancés.
Les OLED sont des composants électroniques fabriqués à partir de composés organiques à base de carbone qui produisent de la lumière lorsqu'un courant électrique leur est appliqué. Dans les écrans OLED, les pixels eux-mêmes émettent de la lumière, contrairement aux écrans de cristal liquide, qui utilisent le rétro-éclairage LED.
Lorsqu'elles sont prises en sandwich entre deux miroirs semi-transparents, les émetteurs organiques peuvent se coupler avec la lumière confinée, créant de nouveaux états hybrides de lumière et de la matière appelés polaritons.
En affinant ces états, il est possible de trouver un endroit idéal où les 75% d'états sombres restants commencent à devenir des polaritons brillants à la place.
« Bien que l'idée générale d'utiliser des polaritons dans la technologie OLED ne soit pas entièrement originale, une théorie qui examine les limites des gains de performance a été manquante. Dans ce travail, nous avons soigneusement examiné où se situe le point idéal Polariton dans différents scénarios.
« Nous avons constaté que la force de l'effet polaritonique sur les performances des OLED dépend du nombre de molécules couplées. Moins, mieux c'est », explique le professeur agrégé Konstantinos Daskalakis de l'Université de Turku.
« Avec les molécules que nous avons étudiées et une seule molécule couplée, l'efficacité s'est considérablement améliorée. Le taux de conversion de l'obscurité à luxuriant a augmenté de 10 millions au mieux », explique le chercheur postdoctoral Olli Siltanen.
Avec un grand nombre de molécules, l'effet polaritonique était négligeable. Par conséquent, le taux de conversion sombre à brillant des OLED actuels ne peut pas être amélioré simplement en les équipant de miroirs.
« Le prochain défi consiste à développer des architectures réalisables facilitant un couplage solide à molécule unique ou à inventer de nouvelles molécules adaptées aux olets de polariton. Les deux approches sont difficiles, mais par conséquent, l'efficacité et la luminosité des affichages OLED pourraient être considérablement améliorées », explique Daskalakis.
L'adoption généralisée des OLED a été entravée par l'efficacité, mais plus important encore par les limitations de luminosité, en particulier par rapport aux LED inorganiques traditionnelles. Les résultats de cette étude fournissent une voie à suivre, jetant les bases d'OLED qui sont non seulement plus efficaces mais aussi capables d'atteindre les niveaux de performance auparavant jugées impossibles.
