Réalisation d’un micro-écran OLED haute luminance

Realization of a high luminance microdisplay

• Auteur / Autrice : Benoit Dugrenil
• Direction : Tony Maindron, Gunther Haas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanoélectronique et nanotechnologie
• Date : Soutenance le 03/06/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Bardinal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathanaëlle Schneider, Mickaël Gros-Jean
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurence Vignau, Yvan Bonnassieux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dioxyde d'étain

Oxyde de zinc

Luminophores

Diodes électroluminescentes organiques

Mots clés libres

Oled

Haute luminance

Oxyde transparent conducteur

Ald

Ecran miniature

Microcavité optique

Oled

High luminance

Transparent conductive oxide

Atomic layer Deposition

Microdisplay

Optical microcavity

Résumé

Ce travail se concentre sur le développement d’écrans miniatures OLED haute luminance. Utilisés dans des systèmes optiques proches de l’oeil de type « see through », ces dispositifs OLED requièrent des luminances dix fois plus importantes que celles des produits conventionnels.La génération des trois primaires à partir d’une OLED blanche à émission par le haut se faisant aux moyens de filtres colorés, une large partie de l’émission est absorbée puis perdue. Afin de s’affranchir de ces filtres, une première approche s’est orientée vers la modulation de la cavité optique de l’OLED. Cette approche aboutit à la génération directe de la couleur grâce à la variation de l’épaisseur de l’anode transparente, de type TCO, à l’échelle des sous-pixels.La seconde limitation repose sur l’extraction de la lumière au travers d’une cathode semi-transparente. L’effet de cavité ainsi introduit filtre et réduit les composantes émises. L’approche choisie s’est portée sur le développement d’une cathode transparente de type TCO combinée à une grille métallique assurant le couplage externe de l’émission de l’OLED.Après avoir identifié les matériaux et la technique de dépôt appropriés, l’évaluation des OLED intégrant lesdites électrodes a été faite. Le recours à la simulation optique ainsi qu’à la modélisation électrique des structures a permis de discuter des limitations des matériaux et des comportements aux interfaces. A l’issue de cette discussion, des pistes d’amélioration et des perspectives ont été proposées.

This study focuses on the development of high brightness OLED microdisplays based on active matrix (AMOLED). Because these devices are used into near-to-eye (NTE) applications and more precisely « see through » optical systems, high luminances are required. Compared to conventional microdisplays, the high luminances expected are around ten times higher.In order to emit a white spectrum from a top-emitting OLED (TE-OLED), color filters are mandatory to generate the RGB primaries. Nevertheless, by using these filters, the luminance is dramatically reduced because of the light absorption. Therefore, to be free of the filters, a first study is dedicated to the modulation of the optical cavity of the OLED. In this case, the direct generation of the colors is provided by the variation of the TCO anode thickness.The cavity effect observed into the TE-OLED depends on the semi-transparent cathode. The selectivity of the related cavity represents the bottleneck for emitting broad white spectra. To improve the white emission, a second approach deals with the realization of a TCO cathode coupled with a metallic grid.The appropriated materials and deposition techniques were firstly investigated before the characterization of OLED using a transparent anode to modulate the cavity in one hand and a transparent cathode to increase the light emission in another hand. Optical simulations and electrical modelling were employed to highlight the main behaviors driving these OLED. Following a discussion about the strength and the weakness of each structure, some hints of improvement were given.