Les émetteurs bleus durables augmentent la durée de vie des OLED
Les OLED blanches équipent une nouvelle génération de panneaux éclatants, minces et efficaces, émettant une lumière plus brillante, plus uniforme et plus écoénergétique que les lampes fluorescentes. En général, les OLED blanches sont produites en combinant trois couleurs de matériaux phosphorescents (bleu, vert et rouge). Cependant, il était jusqu’à aujourd’hui difficile de réaliser des matériaux émettant une lumière bleue stable et hautement efficace. Pour produire des OLED blanches efficaces sans métaux des terres rares, les chercheurs du projet PHEBE, financé par l’UE, se sont concentrés sur un processus appelé fluorescence retardée à activation thermique (TADF). En explorant les recherches novatrices de ce secteur, ils ont mis au jour des émetteurs bleus innovants, meilleur marché et meilleurs pour l’environnement. Traiter directement le défi de la durée de vie Actuellement, la courte durée de vie des émetteurs bleus est un problème majeur qui empêche les émetteurs OLED phosphorescents d’être utilisés dans des applications d’éclairage commercial. Les OLED phosphorescentes sont constituées d’un matériau hôte (généralement un polymère) sur lequel est ajouté un complexe organométallique à base d’un métal de terre rare comme l’iridium comme agent dopant. «Jusqu’à aujourd’hui, on pensait que la durée de vie des OLED était indépendante du matériau hôte. Nous avons découvert que l’identification et la conception de combinaisons appropriées d’un matériau émettant de la lumière et d’un matériau hôte étaient essentielles pour prolonger la durée de vie des OLED», explique Giles Brandon, coordinateur du projet. La sélection rigoureuse des matériaux organiques utilisés pour l’émetteur constitue un autre facteur important qui devrait permettre aux OLED de conquérir une part importante des marchés de l’éclairage. «Nos recherches ont démontré que pour optimiser la durée de vie des émetteurs TADF, il était crucial d’utiliser des matériaux organiques ultra-purs à 99,9 %. Cela nécessite un examen attentif du chemin de synthèse utilisé pour produire le matériau organique», ajoute Brandon. Découvrir la photophysique qui se cache derrière la TADF En général, ce qui réduit considérablement l’efficacité quantique des OLED, c’est le fait que la désintégration radiative de l’état triplet métastable à l’état singulet fondamental soit interdite. Comme elle implique des matériaux fluorescents plutôt que phosphorescents, la TADF s’écarte de ce problème et permet de créer un émetteur bleu à haute efficacité. Les molécules sujettes à ce mécanisme sont conçues pour réduire la différence d’énergie entre l’état singulet excité et l’état triplet métastable par rapport aux molécules organiques types. Ce faible écart énergétique permet à la conversion intersystème inverse (RISC) de se réaliser. Les chercheurs de PHEBE ont jugé essentiel d’identifier les facteurs qui influencent le taux de RISC dans les émetteurs de TADF afin d’améliorer l’efficacité des OLED. Les résultats obtenus améliorent fondamentalement la compréhension de la photophysique de la TADF en se concentrant sur un modèle à trois états au lieu d’un modèle à deux états pour la RISC. Le nouveau modèle démontre que le couplage spin-orbite entre les états singulet et triplet les plus bas est induit par un troisième état triplet. Ce mécanisme de couplage spin-vibronique améliore considérablement le taux de RISC. En particulier, leurs recherches sur les systèmes de transfert de charge intramoléculaires et les systèmes de transfert de charge à exciplexes intermoléculaires qui permettent de créer les TADF ont montré des améliorations prometteuses en matière d’efficacité énergétique. «Notre émetteur OLED TADF bleu hautement efficace atteint une efficacité quantique externe d’environ 18 %, soit l’équivalent des meilleurs émetteurs phosphorescents bleus», déclare Giles Brandon, le coordinateur du projet. Cependant, la durée de vie de 50 % de ces émetteurs bleus était très courte – à peine deux heures. Le consortium est encore loin d’avoir un nouveau matériau utilisable commercialement pour l’éclairage OLED. L’avenir s’annonce toutefois prometteur.
Mots‑clés
PHEBE, diode électroluminescente organique (OLED), fluorescence retardée activée thermiquement (TADF), durée de vie, émetteurs bleus, conversion intersystème inverse (RISC), efficacité quantique, éclairage OLED
