Nouvel OLED extensible conservant plus de 90 % de sa luminosité, faisant progresser la tech mobile et portable

Andrew Corselli

Des chercheurs de l'Université Drexel et de l'Université Nationale de Séoul ont créé des diodes électroluminescentes organiques (OLED) qui pourraient améliorer les écrans de technologie mobile et permettre la technologie portable. (Image : Université Drexel)

La technologie de diode électroluminescente organique (OLED) derrière les téléphones portables flexibles, les moniteurs courbés et les téléviseurs pourrait un jour être utilisée pour créer des capteurs cutanés qui montrent les changements de température, de flux sanguin et de pression en temps réel. Une collaboration internationale, menée par des chercheurs de l'Université Nationale de Séoul (SNU) en République de Corée et de l'Université Drexel, a développé un OLED flexible et extensible qui pourrait mettre la technologie sur la voie de cette utilisation et d'une gamme de nouvelles applications.

Récemment rapporté dans Nature, leur travail améliore la technologie existante en intégrant une couche de polymère phosphorescent flexible et des électrodes transparentes faites de nanomatériau MXene. Le résultat est un OLED qui peut être étiré à 1,6 fois sa taille originale, tout en conservant la majeure partie de sa luminescence.

« Cette étude aborde un défi de longue date dans la technologie OLED flexible, à savoir la durabilité de sa luminescence après flexion mécanique répétée », a déclaré Yury Gogotsi, Ph.D., professeur distingué à l'Université et professeur Bach au Collège d'Ingénierie de Drexel. « Bien que les avancées créant des diodes électroluminescentes flexibles aient été substantielles, les progrès se sont stabilisés au cours de la dernière décennie en raison des limitations introduites par la couche de conducteur transparent, limitant leur extensibilité. »

Voici une interview exclusive de Tech Briefs, éditée pour la longueur et la clarté, avec Gogotsi.

Tech Briefs : Quel a été le plus grand défi technique que vous avez rencontré lors du développement de la couche phosphorescent assistée par exciplex (ExciPh) ?

Gogotsi : La couche ExciPh a été développée à l'Université Nationale de Séoul par le professeur Tae-Woo Lee et son ancien doctorant Huanyu Zhou (actuellement post-doc à Georgia Tech). Voici ce qu'a commenté Huanyu : « Nous nous sommes demandé : Pourquoi ne pouvons-nous pas appliquer la physique la plus avancée des OLED rigides — spécifiquement la phosphorescence assistée par exciplex — à un format extensible ? Les hôtes exciplex sont brillants car ils permettent un transfert d'énergie à longue portée efficace vers les dopants phosphorescents, minimisant la perte d'énergie. Mais traduire cela dans un système extensible était plus facile à dire qu'à faire. La plupart des hôtes exciplex haute performance sont de petites molécules qui cristallisent et se fissurent quand elles sont étirées. Nous avions besoin d'un système qui maintienne sa « poignée de main » électronique même quand les molécules sont tirées à part. Le point de bascule crucial dans notre recherche a été le développement du système phosphorescent assisté par exciplex extensible (ExciPh). En mélangeant soigneusement des élastomères intrinsèquement extensibles avec des molécules organiques spécifiques, nous avons créé une couche émissive qui a maintenu une morphologie de film stable sous 200 % de contrainte sans fissuration. »

Tech Briefs : Pouvez-vous expliquer en termes simples comment cela fonctionne s'il vous plaît ?

Gogotsi : La beauté du système ExciPh réside dans son mécanisme de recyclage de triplets tolérant aux élastomères. Dans les OLED extensibles typiques, la nature non conjuguée du polymère mène à une perte d'excitons par décroissance non radiative. En utilisant un hôte exciplex comme pont, nous pouvons recycler ces triplets et les transférer directement vers un dopant phosphorescent. Cette stratégie surmonte les limitations des matériaux extensibles, nous permettant d'atteindre une efficacité quantique externe (EQE) dépassant 17 % dans des affichages entièrement extensibles.

En savoir plus ici, dans notre histoire « Behind the Paper: Breaking the Efficiency Barrier for the Future of Wearable Displays » sur la page Nature Research Communities.

Tech Briefs : Avez-vous des plans définis pour de futurs travaux/recherches/etc. ? Sinon, quelles sont vos prochaines étapes ?

Gogotsi : Même avec une couche émissive parfaite, un dispositif n'est bon que par ses électrodes. Pour atteindre une haute efficacité, on a besoin d'une électrode qui injecte efficacement les charges tout en restant conductive et stable sous étirement répété. C'est là que le MXene a extrêmement bien fonctionné. Dans nos publications précédentes avec le groupe de Tae-Woo Lee, nous avons montré que le Ti3C2Tx MXene, un matériau 2D découvert à l'Université Drexel, peut produire des électrodes conductrices transparentes qui remplacent l'oxyde d'indium-étain fragile utilisé dans les OLED, affichages et cellules solaires conventionnels.

Le MXene a fourni la flexibilité et une luminance améliorée grâce à sa fonction de travail haute et ajustable. Cependant, pour ajouter l'extensibilité, nous avons ajouté des nanofils d'argent qui peuvent maintenir une connexion électrique même quand le film est étiré de 200 %. Il est important de mentionner que cette approche peut être utilisée pour créer d'autres dispositifs flexibles et extensibles, y compris des cellules solaires, des affichages, des capteurs et de l'électronique épidermique. Les affichages futurs et autres dispositifs peuvent devenir portables, flexibles et même élastiques.

L'équipe SNU croit aussi que dépasser la barrière des 17,0 % EQE pour les OLED entièrement extensibles n'est qu'un point de départ. Cette recherche montre que le « gap d'efficacité » entre l'électronique rigide et extensible n'est pas une loi de la nature — c'est un défi d'ingénierie qui peut être résolu. Le groupe du professeur Lee continuera les efforts dans cette direction.

Tech Briefs : Y a-t-il quelque chose d'autre que vous aimeriez ajouter que je n'ai pas abordé ?

Gogotsi : Les MXenes, une famille chimiquement et structuralement diverse de carbures, nitrures et carbonitrides de métaux de transition 2D, offrent une variété sans précédent de compositions et de structures. Les surfaces chimiquement ajustables sont intrinsèques aux MXenes, et l'ajout de terminaisons de surface produit plus de mille compositions stœchiométriques. Ensemble avec les terminaisons mixtes possibles et les solutions solides sur les sites M et X — des douzaines déjà rapportées, y compris des structures 2D à haute entropie avec jusqu'à neuf métaux de transition — les permutations sont infinies. Cette richesse chimique et structurelle permet une ajustabilité de propriétés sans précédent à travers une large gamme d'applications. La conductivité électrique d'une composition MXene donnée peut être ajustée de métallique à semi-conductrice à supraconductrice en variant ses terminaisons de surface ou sa morphologie. Par conséquent, ces matériaux peuvent permettre des technologies qui n'étaient pas possibles jusqu'à présent. L'électronique extensible n'est qu'un exemple.

Tech Briefs : Avez-vous des conseils pour les chercheurs visant à concrétiser leurs idées ?

Gogotsi : Croyez en vous et n'abandonnez jamais, jamais !