Couplage lumière et matière pour assurer une luminosité optimale des écrans

Des chercheurs de l’Université de St Andrews, en collaboration avec des collègues de l’Université de Cologne, ont découvert un moyen de coupler la lumière et la matière pour assurer une luminosité et une couleur optimales des derniers téléviseurs et écrans intelligents sans sacrifier l’efficacité de l’appareil.

Le chercheur principal, le professeur Malte Gather, de la faculté de physique et d’astronomie de l’Université de St Andrews, membre de la Scottish Universities Physics Alliance (SUPA), a expliqué : « Les écrans constitués de diodes électroluminescentes organiques (OLED) sont depuis longtemps entrés sur le marché grand public. à toutes les échelles, des grands téléviseurs aux écrans de smartphone haute résolution.

“Cependant, alors que l’industrie de l’affichage se prépare pour la prochaine génération d’appareils avec une saturation des couleurs, une luminosité et une efficacité encore plus élevées, les scientifiques sont confrontés à plusieurs défis. Par nature, les émetteurs de lumière organiques présentent de larges spectres d’émission en raison de leur désordre intrinsèque, une propriété qui limite le espace colorimétrique disponible et saturation des couleurs pour les écrans haut de gamme.

“Les spectres d’émission des OLED peuvent être ajustés en utilisant des filtres de couleur ou des cavités optiques, mais cela se fait au détriment de l’efficacité ou conduit à une forte dépendance de la couleur perçue à l’angle de vision.”

Les chercheurs ont maintenant démontré qu’un principe scientifique fondamental – le couplage fort de la lumière et de la matière – peut être utilisé pour modifier les spectres d’émission des OLED d’une manière similaire à l’utilisation d’une microcavité, mais sans hériter de la forte dépendance à l’angle de vue qui caractérise généralement accompagne ces conceptions.

Le professeur Gather a déclaré qu’en plaçant la pile OLED entre des miroirs minces fabriqués à partir de matériaux métalliques déjà largement utilisés dans l’industrie de l’affichage, le couplage entre la lumière et le matériau organique peut être considérablement amélioré. Cependant, ce couplage conduirait généralement à une efficacité réduite du dispositif.

Pour éviter cela, les chercheurs ont ajouté un film mince séparé de molécules absorbant fortement la lumière, ce que l’on trouve généralement dans les cellules solaires organiques, mais jusqu’à présent pas dans les OLED. Cette couche supplémentaire a maximisé l’effet de couplage fort et a ainsi créé une particule hybride lumière-matière, appelée polariton, mais surtout sans réduire considérablement l’efficacité des molécules électroluminescentes dans l’OLED.

Le Dr Andreas Mischok, le premier auteur de la présente étude, a ajouté : “Grâce à la création de polaritons, nous sommes en mesure d’hériter de certaines propriétés avantageuses de la matière, notamment leur dépendance angulaire considérablement réduite.”

Bien qu’il y ait eu des rapports sur les OLED à base de polariton dans le passé, ils ont été en proie à une efficacité et une luminosité très faibles, ce qui a entravé toutes les applications du monde réel et les a confinées au monde de la recherche fondamentale. Avec la nouvelle stratégie, l’équipe a pu réaliser pour la première fois des OLED à base de polaritons avec une efficacité et une luminosité adaptées à l’application.

Le professeur Gather a ajouté : « Avec des performances dans la même gamme que les OLED utilisées dans les écrans commerciaux, mais avec une pureté et une stabilité des couleurs bien améliorées sous différents angles de vue, nos OLED à base de polariton pourraient être d’une grande valeur pour l’industrie de l’affichage.

En plus d’être intéressante pour les écrans de nouvelle génération, la création efficace et à la demande d’un grand nombre de polaritons peut être utilisée pour une multitude d’applications allant des lasers à l’informatique quantique.

L’étude est publiée dans la revue Photonique de la nature.