Diodes électroluminescentes organiques | 8 Avantages et inconvénients

DIODE ÉMETTEUR DE LUMIÈRE ORGANIQUE

Contenu

Qu'est-ce qu'un OLED? | Que signifie led?

Un OLED est une abréviation de diodes électroluminescentes organiques. Il s'agit essentiellement d'un type de diode électroluminescente ou de LED qui a une couche électroluminescente émissive qui agit comme un film de composés organiques et est responsable de l'émission de lumière lorsqu'un courant électrique est appliqué. De nos jours, les LED organiques sont largement utilisées pour développer des affichages numériques dans plusieurs appareils tels que la télévision, les moniteurs, les téléphones, les appareils de jeu portables, les montres intelligentes, etc. Des diodes électroluminescentes organiques sont également incorporées dans les appareils d'éclairage à semi-conducteurs.

led organique ou oled
Une diode électroluminescente organique ou un téléviseur OLED. Source de l'image: Steve Liao - https://www.flickr.com/photos/steveliao/2089119570/
au jugement, Sony XEL-1 la télévision, le premier OLED TV (commercialisé de 2007 à 2010).
CC BY-SA 2.0

Comment les OLED sont-ils construits?

Une diode électroluminescente organique générale comprend une feuille de matériaux organiques déposée sur un substrat, qui est placée entre la cathode et l'anode. La délocalisation des électrons pi due à la conjugaison sur une partie de la molécule entière, ce qui fait que les molécules organiques deviennent conductrices d'électricité. Ces matériaux se comportent comme des semi-conducteurs organiques car leur conductivité se situe généralement entre celle des isolants et des conducteurs. Dans ces matériaux, le rôle des bandes de valence et de conduction des semi-conducteurs inorganiques est assuré par les orbitales moléculaires les plus basses inoccupées et les plus occupées (LUMO et HOMO).

Initialement, les diodes électroluminescentes organiques polymères étaient conçues pour avoir une seule couche organique. Cependant, de nos jours, des LED organiques multicouches peuvent être développées ayant deux couches ou plus pour améliorer l'efficacité du dispositif. Outre le nombre de couches, le type de matériau utilisé pour faciliter l'injection de charge au niveau des électrodes est également important dans le fonctionnement final du dispositif.

La propriété conductrice du matériau utilisé décide s'il y aurait un flux électronique plus progressif, ou un blocage de charge ou une résistance de se déplacer vers l'électrode opposée et d'être inexploité. La substance est choisie en fonction des propriétés du matériau telles que la conductivité électrique, la transparence optique et la stabilité chimique. De nos jours, les LED organiques ont une structure bicouche simple qui comprend une couche émissive et une couche conductrice. Sur la base de la structure chimique du matériau, l'émetteur peut être fluorescent ou phosphorescent.

Structure de diode électroluminescente organique. Source de l'image; AMOLED.png: www.universaldisplay.com travaux dérivés: Pedro Spoladore (parler), AMOLED-frCC BY-SA 3.0

Comment fonctionne une diode électroluminescente organique?

Lorsque l'opération commence, une différence de potentiel est appliquée à travers la diode électroluminescente organique. L'anode est maintenue à un potentiel plus élevé par rapport à la cathode. Le matériau de l'anode est basé sur les propriétés du matériau telles que la conductivité électrique, la transparence optique et la stabilité chimique. L'orbitale moléculaire inoccupée la plus basse de la couche organique (à la cathode) reçoit les électrons injectés et l'orbitale moléculaire occupée la plus élevée (à l'anode) retire les électrons ou, en d'autres termes, injecte des paires électron-trou. Dans les semi-conducteurs organiques, les trous sont comparativement plus mobiles que les électrons. Par conséquent, la recombinaison d'électrons et de trous dans un exciton se produit plus près de la couche émissive.

Il en résulte la décroissance d'un état excité qui conduit à l'émission de radiations dont la longueur d'onde se situe dans le spectre visible. La longueur d'onde ou la fréquence précise du rayonnement émis sera déterminée par la bande interdite du matériau, c'est-à-dire la différence des niveaux d'énergie du HOMO et du LUMO. Dans le cas des émetteurs phosphorescents, les excitons (singulets et triplets) se désintègrent par rayonnement. Cependant, dans le cas des émetteurs fluorescents, les triplets n'émettent aucune lumière. Ces émetteurs fluorescents possèdent une efficacité intrinsèque maximale de 25% seulement. Cependant, les émetteurs phosphorescents (en particulier de courte longueur d'onde {bleu}) ont une durée de vie inférieure par rapport aux émetteurs fluorescents.

Les fermions électron-trou générés ont un spin demi-entier. Les excitons peuvent exister dans des états singulet ou triplet basés sur la combinaison de différents spins d'électrons et de trous. Pour chaque exciton singulet, trois excitons triplets sont formés. La désintégration de l'état du triplet (prévalant dans les phosphorescents) interdit le spin et, par conséquent, augmente la durée de transition. Les diodes électroluminescentes organiques phosphorescentes facilitent le croisement intersystème à partir des états triplet et singulet en utilisant des interactions spin-orbite. Cela améliore l'efficacité interne. De nos jours, les diodes électroluminescentes organiques sont largement utilisées pour développer des affichages numériques dans plusieurs appareils tels que la télévision, les moniteurs, les téléphones, les appareils de jeu portables, les montres intelligentes, etc. Les diodes électroluminescentes organiques sont également incorporées dans les appareils d'éclairage à semi-conducteurs.

Schéma OLED.svg
Schéma de diode électroluminescente organique - 1. Cathode, 2. Couche émissive, 3. Emission de rayonnement, 4. Couche conductrice, 5. Anode Source de l'image: Diode électroluminescente organique Rafał Konieczny, Schéma OLEDCC BY-SA 3.0

Quel est le spectre d'émission des OLED?

La longueur d'onde du rayonnement émis dépend du type de matériau utilisé et du nombre de couches du matériau. L'énergie du rayonnement est égale à la bande interdite du matériau, c'est-à-dire la différence des niveaux d'énergie du HOMO et du LUMO. L'émission finale ou totale d'une diode électroluminescente organique peut être réglée virtuellement pour représenter n'importe quelle couleur donnée, y compris le blanc et le noir. La température de couleur peut également être modifiée en assemblant de nombreuses combinaisons différentes de couches dans un seul appareil. Les couches organiques sont généralement transparentes dans la gamme spectrale visible. En règle générale, pour obtenir des résultats de combinaison de couleurs optimaux, les diodes électroluminescentes organiques sont équipées de trois couches de couleurs différentes, à savoir - RVB (rouge, vert et bleu).

Que sont les OLED inversées?

Dans le cas des diodes électroluminescentes organiques inversées, l'anode est positionnée sur le substrat, ce qui est contraire à la structure LED organique conventionnelle. Dans une diode électroluminescente organique inversée, la cathode est reliée à l'extrémité de drain d'un canal n. Ceci est utilisé dans le développement d'appareils avec des écrans AMOLED.

Diodes électroluminescentes organiques
Téléphones AMOLED. Diode électroluminescente organique Source de l'image: Samsung Galaxy Note 10Écrans OLEDCC BY-SA 4.0

Que sont les OLED à hétérojonction graduée?

Dans le cas des diodes électroluminescentes organiques à hétérojonction graduée, il y a une réduction progressive de la fraction de trous d'électrons en produits chimiques de transport d'électrons. Ceci est fait pour atteindre près de 200% plus d'efficacité quantique que la structure conventionnelle de diodes électroluminescentes organiques.

Que sont les OLED empilées?

Dans le cas des diodes électroluminescentes organiques empilées, l'architecture de pixels utilisée, dispose les sous-pixels rouges, verts et bleus verticalement les uns sur les autres plutôt qu'horizontal les uns à côté des autres. Cela conduit à une grande augmentation de la profondeur de couleur, de la gamme et à une réduction considérable de l'écart de pixels. Les autres méthodes d'affichage utilisent généralement l'agencement côte à côte diminuant la résolution potentielle.

Quelles sont les caractéristiques techniques d'un OLED conventionnel?

Caractéristiques de la diode électroluminescente organique

Les caractéristiques techniques d'une diode électroluminescente organique conventionnelle sont présentées ci-dessous:

L'efficacité énergétique180 lm / Poids
Efficacité actuelle40 cd / A
Efficacité quantique interne (Exiton / Photon)100 %
Efficacité quantique externe (photon éclairé / photon formé)40 %
Tension d'opération5 - 8 V
Tension d'inclusion3 - 9 V
Angle de vue180 °
Luminosité1000 cd / m2
Contraste100:1
Durée de vie6 - 11 ans
Plage de température-40… + 50 ° C

Quels sont les avantages des OLED?

Les avantages de l'OLED

  1. Les diodes électroluminescentes organiques sont des substances biodégradables.
  2. Les diodes électroluminescentes organiques sont comparativement plus légères, plus minces et plus élastiques que les couches cristallines des écrans à cristaux liquides ou des diodes électroluminescentes.
  3. Les diodes électroluminescentes organiques sont très flexibles et peuvent donc être facilement pliées et enroulées selon les besoins dans des écrans enroulables insérés dans certains tissus ces jours-ci. La raison derrière cela est que le substrat utilisé dans les LED organiques est un polymère plutôt que le verre utilisé pour une LED ou un LCD.
  4. Les diodes électroluminescentes organiques sont comparativement plus lumineuses que les diodes électroluminescentes normales. Le rapport de contraste artificiel des LED organiques est plus élevé. Cela est dû au fait que les couches organiques des LED organiques sont beaucoup plus étroites que les couches cristallines inorganiques analogues d'une LED. De plus, les couches conductrices et émissives des LED organiques n'utilisent pas de verre (qui absorbe une partie de la lumière) et peuvent avoir une conception multicouche.
  5. Contrairement à un écran LCD, une configuration de diode électroluminescente organique n'a pas besoin d'un rétroéclairage. Cela aide à réduire l'énergie ou la consommation d'énergie d'un appareil à LED organique. Les LCD ont besoin d'un éclairage pour aider à produire une image visible qui nécessite plus d'énergie, tandis que les OLED sont capables de générer leur propre lumière.
  6. Le processus de production d'une diode électroluminescente organique est plus facile et elle peut être transformée en grandes feuilles minces. Comparativement, il est beaucoup plus difficile de produire un si grand nombre de couches de cristaux liquides.
  7. Les diodes électroluminescentes organiques offrent un angle de vision plus large que les écrans LCD. En effet, un pixel LED organique émet directement de la lumière. Les couleurs des pixels d'une LED organique ne sont pas décalées avec le changement de l'angle d'observation de la normale à un angle droit.
  8. Une diode électroluminescente organique a un temps de réponse plus rapide qu'un écran LCD.

Pixel LED organique

Le pixel LED organique émet de la lumière directement et les couleurs des pixels d'une LED organique ne sont pas décalées avec le changement de l'angle d'observation de la normale à un angle droit. Les diodes électroluminescentes organiques offrent un angle de vision plus large que les écrans LCD.

Le plus grand tableau Oled au monde. 2850 LG OLED light .jpg
Le plus grand réseau de diodes électroluminescentes organiques au monde. Source de l'image: LED organique Sébastien JurkowskiLe plus grand tableau Oled au monde. Lumière OLED 2850 LG CC BY-SA 4.0

Quels sont les inconvénients d'un OLED?

Les inconvénients de l'utilisation d'une diode électroluminescente organique sont

  1. La durée de vie d'une diode électroluminescente organique est inférieure à celle de l'écran LCD. Les films LED organiques verts et rouges ont une durée de vie plus longue d'environ 46,000 230,000 à 13 14,000 heures; cependant, les LED organiques bleues ont des durées de vie beaucoup plus courtes jusqu'à XNUMX-XNUMX XNUMX heures environ.
  2. Les substances utilisées pour produire de la lumière bleue dans une OLED se dégradent plus rapidement que les substances produisant d'autres couleurs qui provoquent une réduction de la luminescence globale de la LED organique.
  3. Les diodes électroluminescentes organiques ne doivent pas entrer en contact avec l'eau car cela entraîne une dégradation instantanée.
  4. La diode électroluminescente organique a besoin d'environ trois fois plus de puissance pour afficher une image sur fond blanc. L'utilisation intensive d'arrière-plans blancs peut réduire la durée de vie de la batterie des téléphones portables et autres appareils.
  5. Les diodes électroluminescentes organiques sont chères. Ils coûtent environ 10 à 20 fois plus cher que les LED performantes similaires.
  6. Il manque une large gamme de produits à diodes électroluminescentes organiques disponibles dans le commerce.
  7. Les diodes électroluminescentes organiques ont une capacité élevée qui limite la bande passante de modulation de l'appareil à environ 100 kHz.
  8. Les diodes électroluminescentes organiques ont une faible efficacité lumineuse.

Quelles sont les différences entre une OLED et une LED?

Les différences entre un OLED et une LED sont:

Diode électroluminescente organique ou OLEDDiode électroluminescente ou LED
Dans le cas des diodes électroluminescentes organiques, la couche électroluminescente émissive est constituée de composés organiques.Dans le cas des LED, la couche électroluminescente émissive est constituée de substances inorganiques.
Dans la télévision LED organique, chaque pixel fonctionne individuellement.Les LED ne peuvent pas être utilisées correctement comme pixel dans la télévision en raison de leur taille.
Ils ont une efficacité lumineuse inférieure.Ils ont une efficacité lumineuse plus élevée.
Ils peuvent être minces et petits en raison de leur flexibilité.Ils sont comparativement moins flexibles.
Ils n'utilisent pas de rétroéclairage car ils peuvent produire leur propre lumière.Ils ne peuvent pas produire leur propre lumière et utilisent donc un rétroéclairage.
Ils sont chers.Ils ont des coûts de fabrication comparativement inférieurs.
Les LED organiques ne nécessitent aucun support en verre.Les LED nécessitent un support en verre.
Ils offrent un angle de vision plus large.Ils ont une plage angulaire comparativement plus faible.

Pour en savoir plus sur les diodes semi-conductrices électroluminescentes, visitez https://lambdageeks.com/light-sensors/

À propos de Sanchari Chakraborty

Je suis un apprenant passionné, actuellement investi dans le domaine de l'optique appliquée et de la photonique. Je suis également membre actif de SPIE (Société internationale pour l'optique et la photonique) et OSI (Optical Society of India). Mes articles visent à mettre en lumière des sujets de recherche scientifique de qualité d'une manière simple mais informative. La science évolue depuis des temps immémoriaux. Alors, j'essaie de ma part de puiser dans l'évolution et de la présenter aux lecteurs.

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