L’électrode Nanotech OLED libère 20 % plus de lumière
L’université du Michigan a mis au point une nouvelle électrode qui pourrait libérer 20 % de lumière en plus dans les diodes électroluminescentes organiques. Elle pourrait contribuer à prolonger la durée de vie des batteries des smartphones et des ordinateurs portables, ou à rendre les téléviseurs et les écrans de nouvelle génération beaucoup plus économes en énergie.
Une nouvelle électrode OLED plus efficace
Cette approche empêche la lumière d’être piégée dans la partie émettrice de lumière d’une OLED, ce qui permet aux OLED de conserver leur luminosité tout en consommant moins d’énergie. En outre, cette électrode est facile à intégrer dans les processus disponibles pour la fabrication d’écrans et de luminaires OLED.
« Avec notre approche, vous pouvez tout faire dans la même chambre à vide », a déclaré L. Jay Guo, professeur d’ingénierie électrique et informatique et auteur correspondant de cette étude.
Si les ingénieurs ne prennent pas de mesures, environ 80 % de la lumière produite par une OLED reste piégée à l’intérieur du dispositif. Cela est dû à un effet connu sous le nom de guidage d’ondes. Essentiellement, les rayons lumineux qui ne sortent pas du dispositif à un angle proche de la perpendiculaire sont réfléchis et guidés latéralement à travers le dispositif. Ils finissent par se perdre à l’intérieur de l’OLED.
Une bonne partie de la lumière perdue est simplement piégée entre les deux électrodes de part et d’autre de l’émetteur de lumière. L’électrode transparente ce qui se trouve entre le matériau émetteur de lumière et le verre, généralement constituée d’oxyde d’indium et d’étain (ITO), est l’un des principaux coupables. Dans un appareil de laboratoire, on peut voir la lumière piégée sortir par les côtés au lieu de se propager vers l’observateur.
S’attaquer à la cause profonde
« Sans traitement, il s’agit de la couche de guidage d’ondes la plus puissante de l’OLED », a déclaré M. Guo. « Nous voulons nous attaquer à la cause profonde du problème ». En remplaçant l’ITO par une couche d’argent de seulement cinq nanomètres d’épaisseur, déposée sur une couche d’amorçage de cuivre, l’équipe de Guo a conservé la fonction d’électrode tout en éliminant complètement le problème de guidage d’ondes dans les couches OLED.
« L’industrie pourrait être en mesure de libérer plus de 40 % de la lumière, en partie en remplaçant les électrodes conventionnelles d’oxyde d’indium et d’étain par notre couche nanométrique d’argent transparent », a déclaré Changyeong Jeong, premier auteur et candidat au doctorat en génie électrique et informatique.
Cet avantage est toutefois difficile à percevoir dans un dispositif de laboratoire relativement simple. Même si la lumière n’est plus guidée dans la pile d’OLED, cette lumière libérée peut encore être réfléchie par le verre. Dans l’industrie, les ingénieurs disposent de moyens pour réduire cette réflexion – en créant des bosses sur la surface du verre, ou en ajoutant des motifs ou des particules qui diffuseront la lumière dans tout le verre.
« Certains chercheurs sont parvenus à libérer environ 34 % de la lumière en utilisant des matériaux non conventionnels présentant des directions d’émission ou des structures spéciales », a déclaré M. Jeong.
Afin de prouver qu’elle avait éliminé le guidage d’ondes dans l’émetteur de lumière, l’équipe de Guo devait également arrêter le piégeage de la lumière par le verre. Pour ce faire, elle a mis en place un dispositif expérimental utilisant un liquide ayant le même indice de réfraction que le verre, appelé fluide à indice constant – une huile dans ce cas. Cette « correspondance d’indice » empêche la réflexion qui se produit à la frontière entre le verre à haut indice et l’air à faible indice.
La lumière était environ 20 % plus brillante
Une fois cette étape franchie, ils ont pu observer leur dispositif expérimental de côté et voir si la lumière arrivait latéralement. Ils ont constaté que le bord de la couche émettrice de lumière était presque entièrement noir. En revanche, la lumière traversant le verre était environ 20 % plus brillante.
Cette recherche a été financée par Zenithnano Technology, une société que Guo a cofondée pour commercialiser les inventions de son laboratoire concernant des électrodes métalliques transparentes et flexibles pour les écrans et les écrans tactiles. L’université du Michigan a déposé une demande de protection par brevet. Ce dispositif a été construit dans le Lurie Nanofabrication Facility.
Cette recherche a été publiée dans Science Advances.
Source : University of Michigan
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