LED organiques ultra-efficaces

Une diode électroluminescente organique (OLED) développée en Allemagne a le potentiel de produire la même qualité de lumière blanche que les ampoules à incandescence, mais avec une efficacité énergétique considérablement meilleure que même un éclairage fluorescent.

Eclairage blanc : Les diodes électroluminescentes organiques comme celle-ci pourraient être l'avenir de l'éclairage, grâce à des rendements très élevés, qui surpassent même les lampes fluorescentes.

Le prototype OLED pourrait devenir une source lumineuse ultra-efficace pour les écrans et l'éclairage général, selon Sébastien reineke , qui a dirigé les recherches à l'Institut de photophysique appliquée, à Dresde, en Allemagne. L'objectif à long terme est de fabriquer l'appareil en utilisant l'impression rouleau à rouleau conventionnelle à faible coût.

Ces dernières années, de nombreux pays ont commencé à chercher à passer de l'éclairage à incandescence aux ampoules fluocompactes parce que ces dernières sont beaucoup plus économes en énergie. L'utilisation de diodes électroluminescentes (DEL) pour les écrans et l'éclairage général a également suscité beaucoup d'intérêt, encore une fois en raison des économies d'énergie potentielles qu'elles offrent.

Mais qu'il s'agisse d'un éclairage fluorescent ou LED, la qualité de la lumière blanche produite a toujours laissé à désirer. L'éclairage fluorescent peut donner l'impression que les gens ne sont pas en bonne santé car moins de lumière rouge est émise, tandis que la plupart des LED blanches sur le marché ont aujourd'hui une qualité bleuâtre, ce qui les fait paraître froides.

En revanche, les OLED peuvent être fabriqués à partir d'une large gamme de matériaux, de sorte qu'il est moins difficile d'obtenir une lumière blanche de bonne qualité, explique Reineke. Ce n'est pas la qualité de la lumière qui a laissé tomber les OLED, mais plutôt leur efficacité. L'éclairage fluorescent fonctionne généralement à environ 60 à 70 lumens par watt, tandis que les ampoules à incandescence fonctionnent à environ 10 à 17 lumens par watt. En revanche, dit Reineke, le meilleur rendement énergétique rapporté d'un OLED jusqu'à présent était de 44 lumens par watt.

Dans le numéro de cette semaine du journal La nature , Reineke et ses collègues rapportent une nouvelle conception structurelle pour un OLED qui présente des rendements de 90 lumens par watt et montre un potentiel d'aller jusqu'à 124 lumens par watt.

Ces gains d'efficacité sont très convaincants, déclare Peter Kazlas, directeur du développement d'appareils pour QD Vision , une entreprise basée à Cambridge, MA, qui développe un éclairage LED à base de points quantiques.

Les OLED ont le potentiel de devenir une source de lumière vraiment très économe en énergie, ajoute Kristin Knappstein, responsable du développement commercial chez Philips Lighting, à Aix-la-Chapelle, en Allemagne. Son entreprise a déjà un produit d'éclairage OLED sur le marché appelé Lumilame . En production, nous atteignons des niveaux compris entre 15 et 20 lumens par watt, dit-elle, ajoutant que le potentiel ultime est que la technologie atteigne des rendements aussi élevés que 150 lumens par watt.

Reineke et ses collègues ont pu obtenir de si bons résultats grâce à plusieurs modifications de conception et perfectionnements apportés à leur appareil. L'une consiste à réduire sa tension de fonctionnement en dopant le matériau organique qui relie le matériau électroluminescent à ses contacts métalliques. L'efficacité de l'appareil est fortement réduite s'il se trouve à proximité d'un contact métallique en raison d'un phénomène appelé trempe, explique Reineke.

Une autre astuce consistait à fabriquer les surfaces extérieures de l'appareil à partir de types de verre dont les propriétés optiques correspondent plus étroitement à celles du substrat de l'appareil. Sinon, une grande partie de la lumière émise est réfléchie et soit réabsorbée soit perdue par la chaleur. Dans les structures conventionnelles, environ 80 pour cent de la lumière est perdue, explique Reineke.

L'aspect le plus nouveau de ce nouvel OLED, cependant, est l'organisation de différents matériaux électroluminescents au sein de l'appareil. Trois matériaux sont utilisés - un chacun pour émettre de la lumière bleue, verte et rouge - ainsi qu'un matériau de matrice hôte entre les deux. L'astuce de Reineke était de choisir un matériau de matrice avec un état de spin élevé qui correspondait à celui du bleu et de prendre en sandwich le matériau bleu entre le vert et le rouge, comme s'il faisait partie du matériau de la matrice hôte de séparation.

La matrice et l'état bleu sont presque identiques, dit Reineke. Cela signifie que toutes les paires électron-trou (excitons) s'échappant du matériau rouge ou vert devront traverser le bleu, augmentant les chances qu'elles soient converties en photons.

Ils font un bon travail d'adaptation des couches LED pour obtenir de bonnes efficacités quantiques, dit Kazlas. Cela montre la promesse des OLED, mais du point de vue de l'industrie, les OLED ont encore un long chemin à parcourir.

En effet, un inconvénient majeur des OLED est leur longévité. Bien que des entreprises comme Philips soient en mesure de fabriquer des appareils dont la durée de vie est équivalente à celle des ampoules fluorescentes (plus de 10 000 heures), les matériaux qui offrent des rendements plus élevés ont tendance à ne pas durer aussi longtemps. Nos appareils ont une durée de vie de quelques heures seulement, explique Reineke.

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