La lumière bleue est vitale pour les appareils électroluminescents, les applications d’éclairage, ainsi que pour les écrans de smartphones et les grands écrans. Cependant, il est difficile de développer des diodes électroluminescentes organiques bleues (OLED) efficaces, en raison de la tension appliquée élevée requise pour leur fonctionnement. Les OLED bleues conventionnelles nécessitent généralement environ 4 V pour une luminance de 100 cd/m2. C’est plus élevé que l’objectif industriel de 3,7 V, la tension des batteries lithium-ion couramment utilisées dans les smartphones. Il existe donc un besoin urgent de développer de nouvelles OLED bleues capables de fonctionner à des tensions plus basses.
À cet égard, le professeur agrégé Seiichiro Izawa de l’Institut de technologie de Tokyo et de l’Université d’Osaka a collaboré avec des chercheurs de l’Université de Toyama, de l’Université de Shizuoka et de l’Institut des sciences moléculaires. L’équipe a récemment présenté un nouveau dispositif OLED doté d’une tension d’activation ultra-faible remarquable de 1,47 V pour l’émission bleue et d’une longueur d’onde maximale à 462 nm (2,68 eV). Leurs travaux sont publiés dans Communications naturelles.
Le choix des matériaux utilisés dans cette OLED influence considérablement sa tension d’allumage. L’appareil utilise du NDI-HF (2,7-di(9H-fluoren-2-yl)benzo[lmn][3,8]-phénanthroline-1,3,6,8(2H,7H)-tétraone) comme accepteur, 1,2-ADN (9-(naphtalén-1-yl)-10-(naphtalén-2-yl)anthracène) comme le donneur et le TbPe (2,5,8,11-tétra-tert-butylpérylène) comme dopant fluorescent. Cette OLED fonctionne via un mécanisme appelé upconversion (UC). Ici, des trous et des électrons sont injectés respectivement dans les couches donneuse (émetteur) et acceptrice (transport d’électrons). Ils se recombinent à l’interface donneur/accepteur (D/A) pour former un état de transfert de charge (CT).
Le Dr Izawa observe : « Les interactions intermoléculaires à l’interface D/A jouent un rôle important dans la formation de l’état CT, des interactions plus fortes donnant des résultats supérieurs. »
Par la suite, l’énergie de l’état CT est transférée sélectivement aux premiers états excités triplet à faible énergie de l’émetteur, ce qui entraîne une émission de lumière bleue par la formation d’un premier état excité singulet à haute énergie par annihilation triplet-triplet (TTA). .
« Comme l’énergie de l’état CT est bien inférieure à l’énergie de la bande interdite de l’émetteur, le mécanisme UC avec TTA diminue considérablement la tension appliquée requise pour exciter l’émetteur. En conséquence, cet UC-OLED atteint une luminance de 100 cd/m2, équivalent à celui d’un écran commercial, à seulement 1,97 V », explique le Dr Izawa.
En effet, cette étude produit efficacement une nouvelle OLED, avec une émission de lumière bleue à une tension d’activation ultra-faible, en utilisant un émetteur fluorescent typique largement utilisé dans les écrans commerciaux, marquant ainsi une étape importante vers la satisfaction des exigences commerciales en matière d’OLED bleues. Il souligne l’importance d’optimiser la conception de l’interface D/A pour contrôler les processus excitoniques et est prometteur non seulement pour les OLED, mais également pour le photovoltaïque organique et d’autres dispositifs électroniques organiques.
Plus d’information:
Diode électroluminescente organique bleue avec une tension d’activation de 1,47 V, Communications naturelles (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-41208-7