Nouvelles structures électroluminescentes organiques pour applications signalétiques et petits afficheurs

New structures of organic light-emitting diodes for signage applications and displays

• Auteur / Autrice : Yolande Murat
• Direction : Guillaume Wantz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 11/05/2017
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Laurence Vignau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Wantz, Laurence Vignau, Roberto Lazzaroni, Nisato Giovanni, Lionel Hirsch, Tony Maindron, Christine Dagron-Lartigau, Jean-Yves Laurent
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Roberto Lazzaroni, Nisato Giovanni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrodes de dioxyde d'étain

Spectrométrie de masse à temps de vol

Spectrométrie de masse des ions secondaires

Polyéthylénimine éthoxylate

Dépôts par voie liquide

Diodes électroluminescentes organiques

Mots clés libres

OLED inverse

Voie liquide

Polymères

PEIE (polyéthylènimine éthoxylé)

Super Yellow

Électrode de SnO2

Inverted OLED

Wet process

Polymers

PEIE (polyethylenimine ethoxylated)

Super Yellow

SnO2 electrode

Résumé

La filière OLED (diode électroluminescente organique) est depuis quelques annéesfortement industrialisée notamment depuis leur utilisation dans les smartphones et les téléviseurs.Cependant, les procédés de fabrication, notamment l’évaporation thermique sous vide, restent coûteuxet ne peuvent pas être utilisés pour développer des applications à faible valeur ajoutée (petitsafficheurs, signalétique, éclairage). Ces travaux de thèse ont pour objectif de développer une OLEDperformante et stable fabriquée à coût réduit afin de répondre à cette problématique. La voie liquide aété privilégiée afin de diminuer les coûts de fabrication de l’OLED et il a été choisi de développer unestructure inverse pour améliorer la stabilité. Dans ce travail de thèse, le polymère PEIE(polyéthylénimine éthoxylate) a été utilisé pour diminuer le travail de sortie de la cathode transparente.Nous avons montré qu’il était possible d’atteindre des performances supérieures en structure inversequ’en structure conventionnelle à partir du même polymère émissif, le Super Yellow. Afin desimplifier le procédé de dépôt, nous avons montré qu’un mélange binaire {PEIE et matériau bloqueurde trous} pouvait être déposé en une seule fois tout en conservant un fonctionnement optimal. Uneétude par TOF-SIMS (Spectrométrie de Masse d’Ions Secondaires à Temps de Vol) a permis de mettreen évidence une ségrégation verticale du mélange binaire. Par ailleurs, l’électrode en oxyde d’étainindium(ITO), qui représente généralement plus d’un quart du coût de fabrication, a été remplacéeavec succès par une électrode de SnO2 (oxyde d’étain), déposée par ALD (dépôt de couches mincesatomiques).

OLED (Organic Light-Emitting Diode) technology has been exploited on an industrialscale for several years, principally in smartphones, TV displays, and similar devices. However, currentfabrication processes, such as thermal evaporation under high vacuum, are expensive and cannot beused for low-cost applications (signage, lighting, etc.). This work aims to develop high-performance,stable, low-cost OLEDs. Fabrication by solution processing was chosen to reduce the processing costsin any future commercialization of the work, while the inverted architecture was used to optimizedevice stability. In this work, ethoxylated polyethylenimine (PEIE) was used to reduce the workfunction of the transparent cathode. It was shown that higher performances could be obtained withinverted OLEDs compared to direct devices incorporating the same emissive polymer (Super Yellow).Furthermore, it was demonstrated that a binary blend, (PEIE and a hole blocking material) could bedeposited in a single step without reducing the OLED device’s performance – greatly simplifying thefabrication process. A TOF-SIMS (Time of Flight-Secondary Ion Mass Spectrometry) study wasconducted which demonstrated a vertical phase segregation of the binary blend. Finally, the indiumtinoxide (ITO) electrode, which represents at least 25% of the fabrication cost, was successfullyreplaced with a tin oxide (SnO2) layer, deposited by ALD (Atomic Layer Deposition).