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Chiral based spin organic light emitting diodes

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Des dispositifs OLED plus efficaces grâce à un spin induit par la chiralité

L'un des principaux obstacles à une adoption plus large de la technologie OLED tient à son manque d'efficacité par rapport aux lampes fluorescentes ou aux diodes électroluminescentes (LED). Le projet SOLED espérait résoudre ce problème en utilisant des structures semi-conductrices organiques chirales.

Technologies industrielles

La différence est incontestable: placé à côté d'un écran LED, son équivalent OLED se distinguera par des images plus nettes, un meilleur contraste et des couleurs plus vives. L'efficacité énergétique reste néanmoins un souci majeur pour les consommateurs, et dans ce domaine la technologie OLED reste à la traîne des autres technologies. En fait, le seul type d'écran qu'il peut dépasser est le LCD, mais seulement de façon marginale. Pour résoudre ce problème, l'Institut Weizmann a lancé le projet SOLED (Chiral organic semiconductor structures) en janvier 2016. Son objectif était de traiter le problème d'efficacité des OLED à la source: «La faible efficacité de la technologie OLED est le résultat d'un faible rendement de l'émission de lumière dû à la formation d'états électroniques triplets, dans lesquels les deux électrons ont la même orientation», explique le Pr Ron Naaman, coordinateur de SOLED. Le plan du projet consistait à utiliser le contrôle de spin des électrons afin de réduire la probabilité de production d'états triplets. Cette technique est connue sous le nom de concept spin-LED/OLED: les électrons injectés dans et à partir des espèces émettrices de lumière ont un spin prédéterminé, ce qui contribue à éviter la formation d'états triplets 'sombres' non émetteurs. L'équipe bénéficiait déjà d'une expérience dans ce domaine. Elle a pu tirer parti de ses précédentes recherches sur l'effet CISS (Chiral-induced spin selectivity) et proposer le développement de structures semi-conductrices organiques chirales pour contrôler l'état de spin des électrons injectés et des trous dans les OLED. Lorsqu'ils ont lancé le projet SOLED, les chercheurs s'attendaient à ce que cet effet leur permette d'augmenter d'un facteur quatre l'efficacité énergétique des dispositifs OLED. «L'effet de sélectivité de spin induit par la chiralité est supposé permettre un contrôle total de l'orientation du spin des électrons en garantissant que l'électron qui quitte la molécule émettrice a la même orientation de spin que l'électron qui y pénètre», déclare le Pr Naaman. Bien que le concept ait été démontré dans son principe, l'équipe a rapidement réalisé que d'autres recherches seraient nécessaires pour atteindre son objectif. «En collaboration avec le groupe de Richard Friend à Cambridge et de E. W. (Bert) Meijer à Eindhoven, nous avons pu démontrer notre capacité à affecter l'orientation du spin dans les OLED, mais l'efficacité du procédé n'était pas très élevée», explique le Pr Naaman. «La raison tient à l'organisation des molécules dans les OLED. Nous poursuivons maintenant ce travail avec nos collaborateurs, afin d'obtenir un meilleur contrôle de l'organisation du matériau.» En attendant que ce problème soit résolu, l'équipe a dû reporter les mesures de pré-commercialisation prévues à l'origine. Néanmoins, le professeur Naaman espère toujours que cette technique contribuera à la diffusion de la technologie OLED dans les foyers européens, sous la forme de sources lumineuses souples. Il souligne également que le fait d'avoir réalisé que l'organisation du matériau est le facteur déterminant pour contrôler le spin est un résultat majeur du projet. «Nous avons l'intention d'étudier des molécules qui s'auto-assemblent dans des structures organisées tridimensionnelles, comme les microcristaux. Nous espérons le faire soit dans le cadre du programme FET-OPEN, soit dans celui d'autres programmes spécifiques», conclut le Pr Naaman.

Mots‑clés

SOLED, OLED, éclairage, Weizmann, LED, efficacité énergétique, chiral, CISS

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