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Comment économiser l’énergie ?

Nouvelles sources de lumière bleue pour OLEDs

05/06/2012 par Jonathan Rangapanaiken / énergie électrique, matériau, OLED

Les diodes électroluminescentes organiques (OLEDs) constituent aujourd’hui un enjeu grandissant dans la course à l’éclairage basse consommation. Si elles présentent de nombreux avantages en termes de coûts de fabrication, consommations, de variété d’applications ou même de design, la longévité de cette technologie n’est pas encore assez élevée pour concurrencer nos ampoules actuelles. Les chimistes du laboratoire "Sciences Chimiques de Rennes" (CNRS/Université de Rennes 1) proposent une nouvelle molécule organique émettrice de lumière bleue, offrant ainsi de toutes nouvelles pistes de recherche à la principale problématique des OLEDs. Cette nouvelle molécule, du fait de sa géométrie spécifique, émet de la lumière bleue via des « excimères intramoléculaires » comme décrit dans la revue Journal of Materials Chemistry parue en mai 2012.

Le principe des OLEDs réside dans la luminescence de composés organiques à la suite d’une stimulation électrique. De manière simple, un dispositif OLED se présente sous la forme d’un film organique pris en sandwich entre deux électrodes. Lors du passage d’un courant entre les deux électrodes, des charges sont injectées dans la couche organique, elles y diffusent, se recombinent sous la forme d’excitons qui se désactivent en émettant de la lumière. La couleur émise dépend de la nature de la couche active. Que ce soit pour l’éclairage ou l’affichage, une OLED peut émettre de la lumière blanche par la combinaison de trois couches actives émettrices chacune d’une couleur primaire (rouge, bleu, vert). Les enjeux des recherches actuelles résident dans la synthèse de molécules émettrices de couleur bleue plus stables, plus robustes que celles qui existent actuellement.

Le groupe rennais composé de Joëlle Rault-Berthelot et Cyril Poriel travaille sur la synthèse de nouvelles molécules émettrices de couleur bleue et a montré pour la première fois que des molécules permettant l’émission de lumière bleue via la génération d’« excimères intramoléculaires » pouvaient être utilisées comme couche active dans une OLED. Qu’est-ce qu’un excimère ? Lorsqu’une molécule aromatique est soumise à une excitation lumineuse, elle peut absorber un photon : elle est dite « excitée ». Si une seconde molécule aromatique est située dans son voisinage, elles peuvent former un dimère à l’état excité, ce qu’on appelle un excimère pour "excited dimer". Depuis 2006, l’équipe rennaise synthétise et étudie de nouvelles molécules de géométrie "3π-2spiro" constituées de trois systèmes π (dérivés de fluorènes, indénofluorènes,…..) connectés deux à deux par des ponts spiro.

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Structure RX du (2,1-a)-DSF(PhOMe3)4-IF étudié dans ce travail © Sciences chimiques de Rennes

L’architecture de la molécule décrite dans la publication, contenant deux fragments moléculaires de type ’Aryl/Fluorène/Aryl’ (systèmes π2) face à face à l’état fondamental, permet de favoriser la formation d’excimères intramoléculaires à l’état excité et d’exploiter leur fluorescence caractéristique de couleur bleue (ca 460 nm). Cette longueur d’onde d’émission de fluorescence, produite grâce aux interactions π−π intramoléculaires, est quasiment impossible à atteindre par la simple connexion de groupements aryles à une unité fluorène et met en lumière un des intérêts du design moléculaire adopté dans ce travail.

Après avoir décrit la relation entre la structure de ces molécules et leurs propriétés de luminescence, les chercheurs rennais, en collaboration avec une équipe de chercheurs bordelais(1), ont utilisé ces nouvelles molécules comme couches actives dans des OLEDs. Ce travail a permis de montrer, pour la première fois, qu’il était possible d’utiliser des excimères intramoléculaires issus d’une molécule organique comme source de lumière bleue. Ce design original ouvre de nouvelles voies pour concevoir des émetteurs fluorescents pour les OLEDs de demain.

(1) Travail réalisé en collaboration avec les chercheurs du Laboratoire de l’intégration, du matériau au système (Laurence Vignau - CNRS/Université de Bordeaux1/Institut Polytechnique de Bordeaux)

Référence

Damien Thirion, Maxime Romain, Joëlle Rault-Berthelot and Cyril Poriel
Intramolecular excimer emission as a blue light source in fluorescent organic light emitting diodes : a promising molecular design
J. Mater. Chem, 2012, 22, 7149-7157

Source : CNRS / En direct des laboratoires

Contact chercheur : Joëlle Rault-Berthelot - Cyril Poriel / Sciences chimiques de Rennes

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