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Les LED organiques brillent de manière invisible
Des chercheurs de l'Université de Californie du Sud ont conçu une molécule de colorant phosphorescent qui émet une lumière proche infrarouge et l'ont utilisée pour fabriquer des diodes électroluminescentes organiques (OLED) de longue durée.
L'écran LED organique phosphorescent d'Universal Display Corporation peut être construit sur un substrat en plastique flexible. La société, en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Californie du Sud et de l'Université de Princeton, a maintenant fabriqué des LED émettant dans le proche infrarouge et prévoit de créer une version proche infrarouge de l'écran flexible. L'affichage serait invisible à l'œil nu mais visible à travers des lunettes de vision nocturne pour les opérations militaires secrètes.
Les diodes pourraient être utilisées pour créer un écran proche infrarouge (NIR) bon marché et flexible qui serait illisible à l'œil nu mais pourrait être lu avec des lunettes de vision nocturne. Un tel écran pourrait être intégré à l'uniforme d'un soldat ou à un appareil qui pourrait être rangé dans une poche, permettant aux soldats de lire les communications la nuit sans être repérés par les tireurs d'élite ennemis.
Ces LED organiques pourraient également être converties en diodes de détection infrarouge permettant la vision nocturne. Les détecteurs infrarouges sont essentiellement l'inverse des LED, convertissant la lumière en courant électrique. Les objets chauds émettent un rayonnement infrarouge, qui a des longueurs d'onde plus longues que le rayonnement infrarouge proche et est également invisible à l'œil humain. Tout comme les détecteurs de lumière des caméras détectent la lumière visible, les capteurs infrarouges constitués de semi-conducteurs inorganiques détectent la lumière infrarouge dans les lunettes de vision nocturne et les caméras utilisées par l'armée, la police, les agents de sécurité aux frontières et les pompiers. Mais les détecteurs basés sur les OLED offriraient un avantage important : comme les polymères organiques minces qui composent ces diodes peuvent être déposés sur une variété de substrats, y compris du plastique pliable, les détecteurs IR organiques pourraient être suffisamment flexibles pour être intégrés dans une visière de casque.
La flexibilité est très bénéfique… les écrans de prochaine génération seront tous sur des substrats flexibles, dit Marc Thompson , professeur de chimie à l'Université de Californie du Sud, qui a dirigé la recherche. Les LED organiques sont la technologie cruciale pour les écrans flexibles, car elles sont faciles et peu coûteuses à modeler sur des substrats pliables, dit-il. Ils sont déjà utilisés dans les écrans d'appareils photo et de téléphones portables, et ils sont très prometteurs pour les futurs écrans d'ordinateur et de télévision à grande surface.
La recherche sur les LED organiques s'est largement concentrée sur les applications de la lumière visible ; personne n'a auparavant fabriqué une LED organique qui émet efficacement de la lumière NIR. Thompson et ses collègues de l'Université de Princeton et d'Universal Display Corporation, une société basée à Ewing, dans le New Jersey, ont décrit leur LED organique en ligne dans chimie appliquée le 9 janvier.
Les LED organiques qui émettent des longueurs d'onde NIR invisibles peuvent être utilisées pour créer des affichages que vous ne voulez pas que tout le monde voie. Pour les applications militaires secrètes, les affichages de vision nocturne seront très importants, et ces diodes seraient la clé pour cela, dit Ghassan Jabbour , professeur de sciences optiques à l'Université de l'Arizona à Tucson, qui a développé les premières molécules organiques émettant dans le NIR.
Le secret de la nouvelle LED est une molécule de colorant phosphorescent spécialement conçue que les chercheurs utilisent dans la couche émissive prise en sandwich entre les deux électrodes de l'appareil. Typiquement, les LED organiques contiennent une couche émissive qui est dopée avec des colorants fluorescents. Les électrodes injectent des électrons négatifs et des trous positifs dans la couche, où les particules chargées se combinent et excitent les molécules de colorant. Lorsque les molécules reviennent à leur état non excité, elles émettent des photons. Les nouvelles molécules phosphorescentes émettent très efficacement dans la région NIR. Ils émettent également de la lumière plus longtemps que les colorants fluorescents, augmentant ainsi la durée de vie de l'appareil, un point faible traditionnel des matériaux organiques.
L'appareil émet à des longueurs d'onde proches de 800 nanomètres, ce qui se situe juste à la frontière du spectre visible et proche infrarouge, et affiche une efficacité de plus de six pour cent, soit au moins 60 fois celle des autres appareils émetteurs NIR signalés dans le passé. À l'heure actuelle, il fonctionne pendant 1 000 heures à sa luminosité maximale. Mais aux niveaux de luminosité inférieurs requis dans les écrans, nous parlons d'au moins un million d'heures, dit Thompson. En comparaison, les LED organiques rouges ou vertes ont une durée de vie de 100 000 heures, dit-il.
Gareth Redmond , qui étudie les photodétecteurs organiques à l'échelle nanométrique au Tyndall National Institute de Cork, en Irlande, qualifie ce travail de percée vers l'émission NIR dans les matières organiques. Redmond affirme que la nouvelle LED organique affiche de très bonnes performances en termes d'efficacité et de durée de vie, ce qui n'avait jamais été atteint auparavant.
Thompson et ses collègues prévoient de fabriquer d'autres complexes de colorants phosphorescents qui émettent de la lumière à des longueurs d'onde supérieures à 800 nanomètres, poussant plus profondément dans la région IR. Ensuite, dit Thompson, il serait possible de retourner la LED organique, la convertissant en un détecteur IR organique pour une visière de casque de vision nocturne. Cela nécessiterait de modifier la structure de l'appareil ou de peaufiner les matériaux organiques, mais il dit que la conversion serait facile car les LED et les photodétecteurs sont des cousins avec essentiellement la même structure de diode mais des fonctions inversées - une LED convertit le courant électrique en lumière tandis qu'un détecteur fait le contraire .
Mais il est trop tôt pour dire quand un tel détecteur IR organique sera disponible. Ce n'est pas seulement que le jury est toujours absent, dit-il; le jury n'est même pas formé.