Élaboration de dispositifs et matériaux mixtes à base de polymères conjugués électroluminescents

Devices and mixed-materials based on electroluminescent conjugated polymers

• Auteur / Autrice : Florian Habrard
• Direction : Thierry Ouisse, Olivier Stéphan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Grenoble 1
• Jury : Président / Présidente : Saïd Sadki
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Montès
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claude Chevrot, André-Jean Attias

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie à force atomique

Polymères conjugués

Liquides ioniques

Diodes électroluminescentes organiques

Mots clés libres

Electronique organique

Olec

Polyfluorène

Mode EFM

Mode KFM

Résumé

Le sujet de cette thèse se situe dans le contexte de l'électronique organique à base de polymères conjugués. Nous avons choisi la famille des polyfluorènes principalement en raison de leur émission dans le bleu, leur bon rendement quantique ainsi que pour la facilité avec laquelle on peut modifier leurs propriétés en greffant différents groupements fonctionnels sur la structure de base du fluorène. L'originalité des recherches effectuées au laboratoire concerne la structure des dispositifs électroluminescents (cellules électrochimiques électroluminescentes ou OLEC) que nous réalisons. Leur principe de fonctionnement repose sur l'utilisation de liquides ioniques ajoutés directement au polymère conjugué sans l'intervention d'un polymère conducteur ionique. Le travail réalisé au cours de cette thèse a principalement consisté à tenter d'améliorer les performances du polyfluorène par l'utilisation de groupements fonctionnels permettant d'augmenter la compatibilité polymère / liquide ionique. Dans cette optique, nous avons mis en œuvre l'utilisation d'un outil de caractérisation particulièrement adapté à nos échantillons : la microscopie à force atomique en mode EFM ou KFM. Cela nous a permis de visualiser précisément la séparation de phase entre le polymère et le liquide ionique. Nous avons ainsi pu montrer que le courant dans un dispositif était grossièrement proportionnel à l'interface polymère / liquide ionique. Nous avons alors proposé une hypothèse expliquant le mode de vieillissement des OLEC. L'amélioration du mélange, c'est-à-dire la maximisation de l'interface polymère / liquide ionique devrait ainsi permettre d'améliorer la durée de vie des dispositifs. L'utilisation de groupements PEO et cyano greffés sur le polyfluorène semble une voie à explorer. Enfin, nous avons décrit le comportement particulier du mélange polyfluorène cyano – THA-TFSI dont la morphologie évolue suivant les conditions de température et de pression.

The subject of this thesis lies in the context of organic electronic based on conjugated polymers. We have chosen the class of polyfluorène mainly because of their blue emission, good quantum efficiency and possibility of modifying their properties by grafting side groups. The originality of our research relies upon the use of a peculiar devices structure (Organic Light-emitting Electrochemical Cells, OLEC). The working principle of OLEC is based on the use of a molten salt directly added to the conjugated polymer, without involving any ionic conducting polymer. We attempt to improve the polyfluorene performance by using side groups aimed at increasing the polymer / molten salt compatibility. For this, we developed a characterization tool particularly well-adapted to our samples: atomic force microscopy in an EFM or KFM mode. We have been able to visualize precisely the phase separation occurring between the polymer and the molten salt. We have shown that the current in a device is roughly proportional to the polymer / molten salt interface. This allowed us to explain the OLEC electrical aging. Improvement of the polymer / molten salt blend via an optimization of the polymer / molten salt interface should increase device lifetime. The use of PEO and cyano side groups seems to be a way to explore. Finally, we describe the particular behaviour of the blend between a polyfluorene derivative with cyano groups and THA-TFSI, whose morphology depends on temperature and pressure conditions.