Des chercheurs de Tokyo Tech ont innové avec un OLED qui émet de la lumière bleue à une tension record de 1,47 V, révolutionnant potentiellement les technologies commerciales des smartphones et des écrans.

Une diode électroluminescente organique (OLED) à conversion ascendante basée sur un émetteur de fluorescence bleue typique atteint une émission à une tension d’activation ultrafaible de 1,47 V, comme l’ont démontré des chercheurs de Tokyo Tech. Leur technologie contourne l’exigence traditionnelle de haute tension pour les OLED bleues, conduisant à des avancées potentielles dans les smartphones commerciaux et les écrans grand écran.

La lumière bleue est vitale pour les appareils électroluminescents et 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, en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Toyama, de l’Université de Shizuoka et de l’Institut des sciences moléculaires, a récemment présenté un nouveau dispositif OLED avec une tension d’activation ultra-faible remarquable de 1,47 V pour l’émission bleue et une longueur d’onde maximale à 462 nm (2,68 eV) (comme le montre la figure 1). Leurs travaux seront publiés aujourd’hui (20 septembre) dans la revue Communications naturelles.

Figure 1. Allumer une LED organique bleue avec une seule pile AA. Professeur agrégé de crédit Izawa et son équipe

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 l’accepteur le donneur, et TbPe(2,5,8,11-tetra-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 souligne : « 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. »

Figure 2. Une diode électroluminescente organique (OLED) à conversion ascendante basée sur un émetteur de fluorescence bleue typique atteint une émission à une tension d’activation ultrafaible de 1,47 V, comme l’ont démontré des chercheurs de Tokyo Tech. Leur technologie contourne l’exigence traditionnelle de haute tension pour les OLED bleues, conduisant à des avancées potentielles dans les smartphones commerciaux et les écrans grand écran. Crédit : Professeur agrégé Seichiro Izawa

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. De ce fait, cet UC-OLED atteint une luminance de 100 cd/m²équivalent 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 les photovoltaïques organiques et autres dispositifs électroniques organiques.

Référence : « Diode électroluminescente organique bleue avec une tension d’activation de 1,47 V » 20 septembre 2023, Communications naturelles. DOI : 10.1038/s41467-023-41208-7