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Nouveaux appareils électroniques, téléviseurs OLED moins chers
Les écrans à diodes électroluminescentes organiques (OLED) sont économes en énergie et nets, mais les coûts de fabrication élevés les ont empêchés d'être aussi largement disponibles que les écrans à cristaux liquides (LCD), en particulier dans les appareils plus grands tels que les téléviseurs. Un nouveau type d'électronique OLED pourrait aider à réduire les coûts de fabrication et à rendre la technologie beaucoup plus largement disponible.
Test des transistors : Les lames de verre de cette image sont ornées de transistors conçus pour piloter des écrans OLED. Les sondes métalliques et les fils sont utilisés pour tester leurs performances.
Il n'y a pas de bonne solution pour fabriquer des composants électroniques OLED qui peuvent être mis à l'échelle à moindre coût, dit Andrew Rinzler , professeur de physique à l'Université de Floride. Rinzler a dirigé les travaux de développement d'un type d'électronique pour les OLED qui, espère-t-il, fournira une telle solution. Les travaux ont été financés en partie par la société de capital-risque Nano Holdings .
Les pixels des écrans OLED utilisent des transistors pour stimuler les molécules organiques, qui émettent ensuite différentes couleurs de lumière. Les écrans OLED n'ont pas besoin des filtres gaspilleurs de lumière qui font des écrans LCD de tels énergivores. Mais les écrans LCD dominent le marché en grande partie parce que les réseaux de transistors en silicium amorphe utilisés pour piloter les écrans LCD peuvent être fabriqués sur des zones aussi grandes qu'une porte de garage pour une seule voiture, puis découpés en morceaux plus petits pour créer des écrans pour les téléviseurs et autres appareils. La fabrication à cette échelle permet de réduire les coûts.
Les fabricants d'écrans OLED ne peuvent pas utiliser la même électronique, car la commutation des pixels dans un OLED nécessite des courants relativement élevés qui brûlent rapidement les transistors en silicium amorphe. Au lieu de cela, les écrans OLED d'aujourd'hui sont construits sur des matrices de transistors en silicium polycristallin plus chères. Le plus grand écran OLED du marché (en Europe, mais pas encore disponible aux États-Unis) est un modèle de 15 pouces fabriqué par LG. Il se vend un peu plus de 2 300 $; le même téléviseur LCD de taille coûte moins de 200 $.
L'électronique OLED moins chère pourrait, en théorie, être fabriquée en utilisant des matériaux organiques pour l'électronique ainsi que les pixels. Les transistors fabriqués à partir de semi-conducteurs organiques fournissent les courants élevés nécessaires pour piloter les pixels OLED. Mais les électrons se déplacent lentement dans les transistors organiques conventionnels, ce qui entraîne un affichage qui ne rafraîchit pas l'image assez rapidement. Pour accélérer ces transistors, les ingénieurs ont modifié la conception, rétrécissant les composants pour rapprocher les électrodes de source et de drain et réduire la taille du canal. Cela rend l'appareil plus rapide car les électrons n'ont pas à voyager aussi loin à travers la matière organique qui constitue le canal, qui ne peut pas conduire les électrons très rapidement. Mais fabriquer de tels dispositifs à haute résolution nécessite des techniques de lithographie coûteuses.
Une méthode moins coûteuse, développée par Rinzler et ses collègues, consiste à rapprocher les électrodes de source et de drain d'un transistor en empilant des composants les uns sur les autres plutôt que côte à côte. Le groupe de Rinzler, comprenant les étudiants diplômés Mitchell McCarthy et Bo Liu, a fabriqué ces transistors en déposant un film d'aluminium sur un substrat de verre pour servir d'électrode de grille, puis en l'oxydant pour créer une fine couche isolante sur le dessus. Ensuite, les chercheurs ont déposé une couche ultrafine et diluée de nanotubes de carbone servant d'électrode source, suivie d'une couche de matériaux organiques servant de canal et enfin d'une couche supérieure d'or servant d'électrode de drain. Chacun de ces films est très mince, permettant de bonnes performances sans avoir besoin de techniques de lithographie à haute résolution, explique Rinzler.
Les nouveaux appareils électroniques de Rinzler, décrits en ligne dans le journal Lettres nano , fonctionnent également à un dixième de la tension de l'électronique OLED conventionnelle, ce qui économise de l'énergie. Les chercheurs de Floride n'ont pas encore fabriqué d'écrans OLED à grande surface pilotés par les réseaux de transistors verticaux, mais Rinzler dit que les transistors fonctionnent à un courant et une tension appropriés pour le faire. Alors que les chercheurs ont jusqu'à présent fabriqué ces matrices sur du verre, les techniques utilisées pour les fabriquer sont compatibles avec les substrats flexibles et pourraient être utilisées pour fabriquer des écrans OLED flexibles.
La structure électronique verticale a été proposée pour la première fois en 1994 par Pour contacter Yang , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de Californie, Los Angeles, et Alain Heeger , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de Californie à Santa Barbara. Heeger a partagé le 2000 Prix Nobel de chimie pour la découverte et le développement de polymères conducteurs comme ceux utilisés dans le nouveau dispositif. Au milieu des années 90, Yang et Heeger ont commencé à développer ces appareils par l'intermédiaire d'une société appelée UNIAX qui a ensuite été rachetée par DuPont. Lorsque les deux ont fait leur travail d'origine, les performances des matériaux disponibles n'étaient pas aussi bonnes qu'aujourd'hui.
Les nanotubes de carbone n'étaient pas disponibles en 1994, dit Yang. Dans l'appareil de Rinzler, dit-il, la fine couche de nanotubes permet très peu de fuites de courant, un problème qui a drainé la puissance des conceptions précédentes. Les appareils Florida commutent également beaucoup plus rapidement que par le passé. Ils ont fait un excellent travail pour améliorer le fonctionnement de l'appareil. Je suis sûr que cet article aura un impact important sur l'électronique organique, dit-il.
Rinzler travaille maintenant à simplifier l'architecture d'affichage OLED dans l'espoir de réduire davantage les coûts de fabrication et la complexité. Au lieu de construire un pixel électroluminescent à côté des transistors, Rinzler veut construire des transistors organiques de faible puissance qui émettent eux-mêmes de la lumière. Son groupe a démontré qu'il est possible de fabriquer des transistors organiques électroluminescents si les matériaux actifs sont électroluminescents, mais ces transistors ne fonctionnent qu'à des tensions élevées, ce qui les rend peu pratiques. Rinzler pense que l'architecture verticale à base d'électrodes à nanotubes pourrait grandement améliorer l'efficacité de ces dispositifs.