Academic literature on the topic 'Matériaux électroluminescents'

Le sujet de cette thèse se situe dans le contexte de l'électronique organique à base de polymères conjugués. Nous avons choisi la famille des polyfluorènes principalement en raison de leur émission dans le bleu, leur bon rendement quantique ainsi que pour la facilité avec laquelle on peut modifier leurs propriétés en greffant différents groupements fonctionnels sur la structure de base du fluorène. L'originalité des recherches effectuées au laboratoire concerne la structure des dispositifs électroluminescents (cellules électrochimiques électroluminescentes ou OLEC) que nous réalisons. Leur principe de fonctionnement repose sur l'utilisation de liquides ioniques ajoutés directement au polymère conjugué sans l'intervention d'un polymère conducteur ionique. Le travail réalisé au cours de cette thèse a principalement consisté à tenter d'améliorer les performances du polyfluorène par l'utilisation de groupements fonctionnels permettant d'augmenter la compatibilité polymère / liquide ionique. Dans cette optique, nous avons mis en œuvre l'utilisation d'un outil de caractérisation particulièrement adapté à nos échantillons : la microscopie à force atomique en mode EFM ou KFM. Cela nous a permis de visualiser précisément la séparation de phase entre le polymère et le liquide ionique. Nous avons ainsi pu montrer que le courant dans un dispositif était grossièrement proportionnel à l'interface polymère / liquide ionique. Nous avons alors proposé une hypothèse expliquant le mode de vieillissement des OLEC. L'amélioration du mélange, c'est-à-dire la maximisation de l'interface polymère / liquide ionique devrait ainsi permettre d'améliorer la durée de vie des dispositifs. L'utilisation de groupements PEO et cyano greffés sur le polyfluorène semble une voie à explorer. Enfin, nous avons décrit le comportement particulier du mélange polyfluorène cyano – THA-TFSI dont la morphologie évolue suivant les conditions de température et de pression.

Dans ce travail, nous présentons les résultats des études de spectroscopie optique et électrique réalisées sur les semi conducteurs III-V (InP, GaAlAs) dopés aux ions Terre rares (Yb, Er, Eu…). Le but de ce travail est l’étude de la faisabilité de nouveaux composants électroluminescents réalisés à base de ces matériaux. Sur InP dopé Yb, nous avons montré pas spectroscopie d’admittance que l'ion Yb3+ se comporte comme une impureté isovalants capable de piéger à la fois les électrons et les trous. Cette caractéristique électrique est exploitée pour discuter les propriétés optiques de l'ion Yb3+. Dans de carde, nous proposons un modèle pour l'excitation et la désexcitation de la luminescence intrinsèque de la Terre rare. Ce modèle est utilisé pour interpréter les résultats obtenus sur les matériaux GaAs et GaAlAs dopés Er. A l'aide de cette analyse, nous avons pu monter dans le cas du matériau GaAlAs,Er que la section efficace d'émission stimulé que nous avons mesuée (10-19cm2) est bie trop faible pour envisager des applications laser. En ce qui concerne les applications diode électroluminescente, les mécanismes de perte non radiatives de type Auger que nous avons mis en évidence par des techniques optiques réduisent considérablement le rendement quantique de ces dispositifs. A la lumière de ces résultats, nous discutons le potentialités de ces matériaux
In this work we resent the results obtained from opt ical and electrical spectroscopy studies realized on III-V semiconductors (InP, GaAs, GaAlAs) doped with Rare Earth ions (Yb, Er, Eu. . . ) The aim is to study the feasibility of new electroluminescent devices based on the se waterials In the case of Yb doped InP, we have shown that Yb ion acts as an isovalent impurity which can trap simultaneously electrons and holes. This electrical dehaviour is used to explain the optical proerties of the ion. Accordingly, we propose a general model for the excitation and the desexcitation of the Rare Earth on ion luminescence. This model is also used to explain the results obtained from Er doped GaAs and GaAlAs materials. We have shown in the case of GaAlAs:Er that the stimulated emission cross section we have measured (10-19 cm²) is too low for laser application. Concerning Light electroluminescence Diode (DEL) the Auger non radiative lasses that we have observed by methods reduce considerably by the quantum efficiency of such devices. According these results, we discuss the potentialities of these materials

Cette etude presente la realisation de structures electroluminescentes dont le materiau emetteur est un film organique. Deux types de materiaux sont utilises : le poly(3-octylthiophene) ou p3ot (emission de couleur rouge-orange) qui est un polymere conjugue et le 8-tris hydroxyquinoline aluminium ou alq3 (emission de couleur verte) qui est un materiau organique a faible poids moleculaire. Les structures sont elaborees selon un schema classique avec le film organique depose entre une anode en ito (oxyde d'indium et d'etain) et une cathode en calcium ou en aluminium. Pour chacune des structures, des mesures de spectroscopie d'emission, d'intensite, de luminance et de rendement quantique interne en fonction de la tension appliquee sont effectuees. Nos premieres structures monocouches avec ces deux materiaux ont des rendements quantiques relativement faibles. Apres l'etude de differentes configurations (structures multicouches) utilisees couramment pour ameliorer cette caracteristique optoelectronique, une technique utilisee jusqu'ici avec des materiaux inorganiques, est testee avec succes sur nos diodes a base d'alq3 : le depot assiste par faisceau d'ions (ibad). Cette methode consiste a assister le depot du materiau luminescent avec un faisceau d'ions qui va induire des modifications structurales de la couche deposee (augmentation de la densite, de la resistivite,). Les ions utilises dans cette etude sont l'helium, l'argon et l'iode. L'ensemble des positions de la zone assistee et les differents parametres du faisceau d'ions sont optimises. Une zone assistee proche du substrat d'ito, une energie des ions (he#+) de 100 ev, une densite du courant d'ions de 100 na/cm#2 et une duree de l'assistance de 120 s nous permet de multiplier le rendement quantique de nos structures par un facteur 10.

Ce travail de thèse est basé sur l’analyse et l’optimisation d’un matériau alternatif aux interconnexions métalliques des circuits intégrés. Ce matériau est une matrice de SiO2 contenant des nanoclusters de silicium (nc-Si) et des ions erbium (Er3+). Grâce à un transfert d’énergie entre nc-Si et Er3+, la forte absorption des nc-Si dans la gamme du visible permet l’excitation indirecte des ions Er3+ qui émettent ensuite à 1,5 µm. L’objectif est d’optimiser les propriétés d’émission de l’erbium à 1,5 µm, et pour ce faire de maximiser le transfert entre nc-Si et Er3+. Dans un premier temps les travaux sont axés sur les traitements thermiques pendant et après le dépôt. Ensuite, nous analysons l’effet de l’épaisseur de la couche mince sur les propriétés optiques du matériau et nous montrons que les couches très minces (< 150 nm) présentent un manque de sensibilisateurs qui réduit le nombre d’erbium excités. Nous démontrons alors que ce problème peut être résolu en augmentant la concentration en silicium, augmentant ainsi le nombre de sensibilisateurs au sein des couches les plus minces. Il est ensuite montré que les ions Er3+ bénéficient d’une excitation multi-niveaux par les sensibilisateurs nc-Si. Une deuxième partie du travail de thèse consiste à réaliser des diodes électroluminescentes (DELs) et à en optimiser l’émission à 1,5 µm. Nous montrons qu’épaisseur et excès de silicium doivent êtres choisi conjointement pour l’optimisation des propriétés optiques et électriques des DELs. Une dernière partie montre que les propriétés des DELs peuvent êtres améliorés par l’utilisation de matrices hôtes oxynitrures et nitrures pour les nc-Si et Er3+
This work is based on the analysis and optimization of an alternative material to replace metallic interconnections of integrated circuits. This material is an SiO2 matrix containing Silicon-nanoclusters (Si-nc) and Erbium ions (Er3+). Thanks to an energy transfer between Si-nc and Er3+, the strong absorption of Si-nc in the visible range results in the indirect excitation of Er3+ ions that thus emit at 1. 5 µm. The goal is to optimize the emission properties of Er3+ at 1. 5 µm, and for that, to maximize the energy transfer between Si-nc and Er3+. First, the work is directed on thermal treatments during and after the deposition. Then, we analyze the influence of the film thickness on the material’s optical properties and we show that thinnest films (< 150 nm) contain a low number of that reduces the number of excited erbium. We demonstrate that this problem can be overcome by increasing the silicon concentration, hence raising the number of sensitizers for Er3+. It is also shown that Er3+ ions benefit from a multilevel excitation by Si-nc sensitizers. A second part of the work consists in the realization of light-emitting diodes (LEDs) and to optimize their emission at 1. 5 µm. We show that thickness and silicon excess must be chosen concomitantly to optimize optical and electrical properties of LEDs. In a last part we show that LEDs’ properties can be enhanced using nitrogen-based matrices like oxynitrides or nitrides as hosts for Er3+

Ce travail porte dans un premier temps sur l optimisation du matériau constituant la couche d injection des trous dans les diodes électroluminescentes organiques (OLEDs) et les cellules solaires organiques (OPVCs). Les Polyanilines (PANIs) utilisées dans ce travail sont dispersées dans différents solvants organiques ou dans l'eau. L effet de l épaisseur, de la morphologie et de la conductivité des films de PANI sur l efficacité des cellules solaires a été étudié. Les résultats montrent que la conductivité et l épaisseur des films de PANI affectent énormément l efficacité des dispositifs OLEDs ou OPVCs. Le dopant et le solvant utilisés dans la synthèse de la dispersion de PANI jouent aussi un rôle important. Dans un second temps, différentes PANIs ainsi que des latex de PEDOT et des nanotubes de carbone ont été utilisés seuls en tant qu'électrode dans le but d'accéder à des dispositifs "tout polymère". L influence du pH, de la conductivité, du travail de sortie, la nature du dopant et du solvant sur les propriétés de l injection de charge ont été analysés.

Depuis le début des années 2000, les performances des diodes électroluminescentes (LED) ne cessent de s’améliorer alors que leur prix connait une diminution spectaculaire grâce à une production à grande échelle liée au marché de l'éclairage. Ainsi, les LED deviennent une source de lumière intéressante pour le pompage de lasers solides, intermédiaire entre les lampes flash et les diodes laser. C’est pourquoi, nous proposons dans cette thèse, de revisiter le pompage laser par LED, 40 ans après la première démonstration. Nous avons démontré le premier système laser Nd:YVO4 pompé directement par LED. La brillance des LEDs limitant fortement les performances, nous nous sommes intéressé au concept de concentrateur luminescent (en Ce:YAG) pompé par LED. Nous avons ainsi développé une nouvelle source d’éclairage haute brillance, améliorant les performances des LEDs d’un facteur 20 pour aboutir à des éclairements comparables à ceux des diodes laser (de l’ordre de plusieurs kW/cm²). Le pompage laser par cette nouvelle source de pompage a été validé pour la première fois sur les cristaux laser de Nd:YVO4 (3 mJ obtenus avec un profil monomode et 6 mJ en multimode) ainsi que sur des cristaux de Nd:YAG. Dans ce dernier cas, un déclenchement passif à l’aide d’absorbants saturables a permis d'obtenir ainsi des performances encore jamais atteintes pour un laser pompé par LED. Ainsi, les concentrateurs pompés par LED ouvrent de nouvelles possibilités pour le pompage de matériaux laser nécessitant de forte brillance de pompage. Les premiers essais sur le saphir dopé au titane montrent qu'il est possible d'obtenir du gain sur ce matériau en pompage par LED
Since the early 2000s, the lighting market is constantly growing up, pulling the Light-Emitting Diodes (LED) performance forward and pushing their cost down. LED is becoming an interesting source of light for laser pumping, between flashlamp and laser diodes. Thus, 40 years after the first demonstration, we suggest to revisit laser LED pumping. In this work, we demonstrated for the first time a Nd:YVO4 laser directly LED-pumped. LED radiance being limited, we took interest in LED-pumped luminescent concentrators. By developing Ce:YAG concentrator, we were able to overcome the LEDs irradiance by a factor of 20, leading to output irradiances similar to the laser diode ones (of the order of multi-kW/cm²). We validated the concept by pumping for the first time a Nd:YVO4 crystal and a Nd:YAG crystal with luminescent concentrators. Output energies of several mJ were obtained. In addition, we succeeded to get a passively Q-switched regime for the Nd:YAG laser by using saturable absorbers leading to unpreceded performance for a LED-pumped laser. Finally, LED-pumped concentrators pave the way for new possibilities for high-radiance source pumped media. Our first tests on titanium doped sapphire show that a laser gain with a LED pumping is achievable

Ce travail de thèse porte sur la synthèse et la caractérisation physico-chimique de métallopolymères conjugués des éléments f en but d'utiliser ces matériaux comme composants actifs de diodes électroluminescentes. En effet, les ions lanthanides possèdent des propriétés d'émission intéressantes dans le cadre de nos applications. La chaine polymère permet quant à elle l'introduction de groupements transporteurs de charges. Ces matériaux devraient donc réunir les caractéristiques requises (transport des charges et émission) pour être utilisés dans des PLEDs (Polymer Light-Emitting Diodes), lesquelles emploient pour leur fabrication des techniques de dépôts en solution. Les PLEDs présentent l'intérêt d'avoir une structure simplifiée par rapport aux OLEDs (Organic Light-Emitting Diodes) qui sont construites par juxtaposition de couches successives de petites molécules évaporées sous vide.La synthèse de trois séries de polymères conjugués a été réalisée. La réaction de polymérisation utilisée s'effectue selon un couplage de Suzuki-Miyaura entre des motifs fluorènes et des monomères porteurs de groupements carbazoles et/ou benzimidazoles permettant de coordiner l'ion lanthanide. Plusieurs métallopolymères ont également été isolés. Les composés synthétisés ont été caractérisés par analyse élémentaire, RMN et chromatographie par exclusion stérique. Des études de photoluminescence sur ces composés en présence ou non d'ions lanthanides luminescents ont été effectuées. Enfin, les polymères et métallopolymères ont été utilisés dans la conception de diodes électroluminescentes.

Ce travail porte dans un premier temps sur l’optimisation du matériau constituant la couche d’injection des trous dans les diodes électroluminescentes organiques (OLEDs) et les cellules solaires organiques (OPVCs). Les Polyanilines (PANIs) utilisées dans ce travail sont dispersées dans différents solvants organiques ou dans l'eau. L’effet de l’épaisseur, de la morphologie et de la conductivité des films de PANI sur l’efficacité des cellules solaires a été étudié. Les résultats montrent que la conductivité et l’épaisseur des films de PANI affectent énormément l’efficacité des dispositifs OLEDs ou OPVCs. Le dopant et le solvant utilisés dans la synthèse de la dispersion de PANI jouent aussi un rôle important. Dans un second temps, différentes PANIs ainsi que des latex de PEDOT et des nanotubes de carbone ont été utilisés seuls en tant qu'électrode dans le but d'accéder à des dispositifs "tout polymère". L’influence du pH, de la conductivité, du travail de sortie, la nature du dopant et du solvant sur les propriétés de l’injection de charge ont été analysés
The optimization of hole injection materials in organic light emitting diodes (OLEDs) and organic photovoltaic cells (OPVCs) is reported. Water and organic solvent-based PANIs were used. We have studied the influence of the thickness, the morphology and the conductivity of PANI films in (OPVCs) performances. The results show that the conductivity and the thickness of the PANI film greatly affect (OLED) and (OPVCs) effectiveness. The dopant and the solvent used in the synthesis of PANI dispersion also play an important role. PANI and PEDOT dispersions as well as carbon nanotube were also used as electrodes without ITO. The effect of pH, conductivity, the work function, the nature of the dopant and the solvent in the injection property were analyzed

Les diodes organiques électroluminescentes (OLEDs) représentent une évolution de la technologie des diodes électroluminescentes (LED) dans lesquelles l'émission de couleur provient de molécules organiques. Ce travail porte sur la synthèse et l'étude de nouvelles molécules dans le but de leur utilisation (i) comme couche active dans les OLED fluorescentes ou (ii) comme matériau hôte dans les OLEDs phosphorescentes (PhOLEDs). Tout d'abord, une introduction à ce domaine important de l'électronique organique est présentée et suivie de la synthèse de nouveaux semi-conducteurs organiques dérivés d'oligophénylènes d'architecture 3π-2spiro ou 2π-1spiro. L'analyse détaillée de leurs propriétés physico-chimiques est ensuite présentée. Les performances des OLEDs et/ou PhOLEDs bleues utilisant ces nouvelles matrices sont alors décrites et montrent l'intérêt des designs choisis pour les molécules
Organic light emitting diodes (OLEDs) represent an evolution of the light emitting diode (LED) technology in which light is emitted from an organic molecule. This work is focused on the synthesis and the study of new molecules, which will be used (i) as emissive layer in fluorescent OLEDs, or (ii) as host material in phosphorescent OLED (PhOLED). First of all an introduction of the important field of organic electronics is presented, followed by the presentation of the synthesis of new organic semi-conductors (3π-2spiro or 2π-1spiro hydrocarbons). A detailed analysis of their properties was performed and after incorporation in the devices, the performances of blue OLEDs and PhOLEDs are compared. The performances recorded attests that this molecular design is of great interest

Dans ce travail, les nanomatériaux hybrides ont été étudiés en vue de leur utilisation dans les diodes électroluminescents organiques pour améliorer les performances en terme de stabilité et rendement. Les processus physiques engendrés par l’incorporation de la composante inorganiques dans une matrice polymères ont été examinés. Dans un premier temps, des composites obtenus en ajoutant des nanocristaux de CdSe(ZnS) aux polymères dérivés de poly(phénylène-vinylène) (PPV) ont été étudiés. Les mesures de luminance et rendement dans les diodes les utilisant, ont montré que les composites sont supérieurs aux polymères en performance. Ensuite, le rôle des nanocristaux dans les mécanismes de transport a été étudié par les mesures de pièges. Pour cette étude, le poly[2-méthoxy-5(2’-éthylhéxyloxy)-1,4-phénylène vinylène](MEH-PPV) a été choisi pour faciliter les comparaisons, et les composites sont MEH-PPV+ CdSe(ZnS). Il a été montré que l’amélioration des performances des diodes est en partie, liée à une diminution de la densité des pièges, causée par l’ajout des nanocristaux au polymère. Finalement, pour approfondir le mécanisme de formation des défauts, les mesures de pièges ont été effectuées dans les co-polymères dopés avec des complexes phosphorescents. Il a été montré que l’incorporation des complexes au polymère supprime certains pièges tout en créant d’autres. Dans tous les systèmes étudiés, les performances des diodes utilisant les nanocomposites sont meilleures que celles utilisant le polymère seul. Le dopage semble modifier le transport électrique dans le matériau actif par la réduction de la densité des pièges
Hybrid nanocomposites have been investigated in this research work in order to examine the possibility to enhance the performance of organic devices in stability and in efficiency and to understand the physical processes induced by the inorganic part in the polymer matrix. The first realization was carried out with composites made of phenylenevinylene (PPV) derivatives and CdSe(ZnS) core/ shell nanocrystals. It was demonstrated that the brightness and yield of devices using the nanocomposites were strongly increased as compared to those obtained in devices using the polymer alone. Next, the role of the nanocrystals was studied by performing the measurements of trap states introduced in composite films. To easily compare the results with those reported in the literature, the polymer used here was poly[2-methoxy-5(2’-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene vinylene](MEH-PPV) and the studied composite was (MEH-PPV+ CdSe(ZnS)). It was found that the enhancement of the performance of devices using the composites is in part, associated to the decrease in the trap density of the polymer. Finally, investigations of trap formation in composites were extended to polymer systems composed of 2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butyl-phenyl)-(1,3,4-oxadiazole) (PBD) and poly (9-vinylcarbazole) (PVK) and containing phosphorescent-metal complex. It was demonstrated that incorporation of complex caused the suppression of existing defects in the polymer blend and introduced new traps. In all systems investigated, the devices using nanocomposites showed significant improvement of their electroluminescent performance. The doping seems to affect the transport process by reducing the trap density of the polymer