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QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures.

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1 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures

2 OLED et nanostructures : applications à laffichage et à léclairage QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures ALEXIS FISCHER, Marie Claude CASTEX, Sébastien CHENAIS, Hakim CHOUKRI, Sébastien FORGET, Equipe LUMEN, LABORATOIRE DE PHYSIQUE DES LASERS UMR7538 CNRS Alain SIOVE, Dominique ADES, Equipe Candela, LABORATOIRE DE BIOCHIMIE ET DE POLYMERES SPECIALISES UNIVERSITÉ PARIS 13 IUT DE VILLETANEUSE. BERNARD GEFFROY du Commissariat à lEnergie Atomique - CEA Saclay

3 Plan de lintervention QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures 1: Présentation et définition La présentation essayera de mettre en lumière la « filière » organique en la comparant aux filières électroniques traditionnelles (silicium, GaAs, NiGa…) Quest ce quun semi-conducteur organique ? Quest ce que lélectroluminescence ? Quelles structures à base de matériaux organiques permettent démettre de la lumière ? Quest ce quune OLED? 2: Les applications des OLEDS: Les procédés de fabrication Laffichage Léclairage

4 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Définition donnée en chimie : Organique :Les molécules sont des assemblages datomes de carbone, d'hydrogène, d'oxygène et d'azote. On dit organique par opposition aux semi- conducteurs inorganiques tel le silicium (chimie minérale). Quelles différences entre les semi-conducteurs organiques et les semi-conducteurs inorganiques ? Quest ce quun semi-conducteur organique ? MOLECULES : petites molécules (monomères, dimères), grandes molécules (polymères). Les électrons sont limités à la molécule. LIAISON pi CONJUGUEE : alternance de simples et double liaisons : (moins bonne conductivité) Un cristal semi-conducteur fait dATOMES de silicium assemblés Point commun : Liaison covalente = double liaison : (électrons mis en commun par les atomes) permet une semi-conductivité.

5 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Lélectroluminescence organique Les niveaux dénergie: LUMO : Lowest Unoccupied Molecular Orbital. HOMO : Highest Occupied Molecular Orbital. Lémission de lumière –Le Gap définit la couleur LUMO HOMO Energie de Gap e- Émission de lumière Energie des électrons Niveau dénergie des électrons qui assurent la cohérence du cristal Niveau dénergie des électrons libres (conduction) Bande de conduction Bande de valence Semi-conducteur cristallin L U M O H O M O ORGANIQUE

6 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures La filière organique offre une bibliothèque de matériaux beaucoup plus large que les semi-conducteurs cristallin Une bibliothèque de matériaux organique Green Emitter Al(Q 3) tris (8-hydroxyquinolinate daluminium) 6,6-bis(2-cyano 2-alkylcarboxylate)-N,N- dialkyl-3,3-bicarbazolyl max photolum. = 575 nm YELLOW EMITTERS 5,6,11,12Tetraphenylnapht acene max photolum. = 550nm Para-dialkylamino (, -cyano alkylcarboxylate)-styrene max photolum. = 583 nm Red Emitters PteOEP Nile REd DCM2

7 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Quelle structure pour produire de la lumière ? Injecter des électrons dans un matériau organique entre 2 électrodes Problème : Peu de lumière produite : rendement quantique faible Produire de la lumière en injectant des électrons ? Matériau Organique électroluminescent Electrode électrons Trous HOMO LUMO e- + Emission de lumière e- +

8 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Une barrière à électrons : une DIODE des rendements de quelques % comparable au LED de la filière électronique semi-conducteurs cristallins Une barrière à électrons pour produire plus de lumière ! Matériau Organique 1 Electrode Matériau Organique 2 Electroluminescent Electrode HOMO LUMO HOMO électrons Trous e- + Emission de lumière

9 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Optimiser les niveaux dénergie : couche de transport et couche dinjection, choisir les matériaux adaptés. des rendements quantique de quelques % comparables au LED de la filière électronique semi-conducteurs cristallins Des couches de transports avec des niveaux à adapter.

10 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures

11 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Mélange des couleurs = Blanc+JauneBleu

12 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Avantages Chimie : flexibilité => fonctionnalisation Bas coût, grande surface, souplesse… Faible investissement (usine) : permet marchés de niche Inconvénients Durée de vie, performances encapsulation Electronique organique : les matériaux Fournisseurs matériaux MERCK (AVECIA et COVION), DUPONT,DOW CHEMICALS, XEROX, KODAK… DYES, ALDRICH

13 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Toutes les couleurs du visible

14 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Les technologies associées : deux voies possibles Voie sèche Évaporation sous vide Voie humide Impression, enduction Epson

15 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Objets commerciaux à afficheur OLED/PLED MP3 : 40% des écrans sont des OLED

16 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures 2005 SAMSUNG 1 dalle de 40 Prototypes écran OLED 2004 EPSON 4 dalles de 20

17 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Possibilité de dispositifs flexibles Universal Display Corporation L=200 cd/m 2, e= 175 µm Pixels : 400 µm x 500 µm PLED Dupont Plastic Substrate

18 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Nouvelles sources déclairage SSL (Solid State Lighting) OLED Petites molécules polymères Film mince Ep ~ < 1 mm Surface conformable Source étendue LED AlGaInN Source ponctuelle

19 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Nouveaux concepts déclairage Monochrome OLEDs have already surpassed the efficiency of the light bulb (Source: Novaled) Example of a functional light source: make-up mirror with integrated OLED light source (Source: Merck). < 20 lm/W<100 lm/W

20 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures WOLED: état de lart Source: General Electrics Performances à 1000 cd/m² 15 lm/W CCT: 4400 K CRI: 88 CIE: x= 0.36; y= 0.36 Equivalent ampoule 80W

21 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures OLED Eclairage NOVALED : record du monde Développement dune OLED verte pour léclairage avec une efficacité de 110 lm/W at 1000 Cd/m 2 : cest 50% de mieux que les LEDs inorganiques Objectif de NOVALED : dépasser les tubes fluorescents dans le blanc PRESS RELEASE Dresden, February 16th 2005

22 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures OLED, électronique organique, une filière alternative Merci pour votre attention

23 QUATRIÈME DÉJEUNER DE LA TECHNOLOGIE Nanotechnologies : matériaux et structures Propriétés : Comparaisons Résumé et comparaison des propriétés Semi-conducteur Organique Amorphe : (Molécules en vrac) facilité de mise en forme. Contact réduit entre molécules. Mise en œuvre : évaporation, enduction, moulage, impression, support souple. Thermique : Les grandes molécules (polymères) se détruisent à la chaleur plus vite que les petites molécules. (qq 100°) Electronique : Plutôt isolant (légèrement semi-conducteur). Nécessité de travailler en couches très minces (quelques dizaines de nanomètres) Bibliothèque de matériaux pour la couleur. mélanges possibles Semi-conducteur cristallin Structure : Cristal (ordonné) Nécessite de savoir faire croître des cristaux. Mise en œuvre : Géométrie essentiellement planaire Thermique : Résiste à la chaleur. Electronique : Semi-conducteur. Le dopage permet de modifier la conductivité. Tous les intermédiaires entre isolants et conducteurs existent Toutes les couleurs nexistent pas.


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