Un test magnétique prédit en labo la durée de vie des OLED bleues

Évaluer combien de temps une OLED bleue restera lumineuse a longtemps impliqué d'attendre. Habituellement, les ingénieurs font fonctionner un dispositif pendant des dizaines à des centaines d'heures tout en observant la baisse de sa luminosité, et le dispositif s'use pendant le test lui-même. Une équipe de l'Institut supérieur coréen des sciences et technologies avancées (KAIST) a trouvé un raccourci : un champ magnétique qui modifie la lumière émise d'une quantité trop faible pour être perçue à l'œil nu. Dirigée par le professeur Seunghyup Yoo, de l'École de génie électrique, l'équipe a publié la méthode dans Nature Communications.

Les OLED (diodes électroluminescentes organiques) produisent elles-mêmes de la lumière lorsqu'un courant les traverse, et elles équipent les écrans de smartphones et de téléviseurs. Un écran crée l'ensemble de sa palette de couleurs en combinant la lumière rouge, verte et bleue. Les dispositifs phosphorescents bleus étudiés ici utilisent efficacement l'énergie électrique pour émettre de la lumière bleue, mais conserver une longue durée de vie tout en maintenant cette efficacité constitue un défi majeur de leur développement.

Les chercheurs ont fait fonctionner des OLED à courant constant et ont fait varier l'intensité du champ magnétique à l'aide d'un électroaimant, puis ils ont mesuré la variation de luminosité. Sous ce champ, les dispositifs sont devenus légèrement plus lumineux. Cette réponse combine plusieurs effets : l'équipe a isolé la composante la plus étroitement liée à la dégradation de la durée de vie, et l'a transformée en une mesure d'évaluation unique. Appliquée à quatre dispositifs bleus fabriqués à partir du même matériau émetteur, mais avec des structures internes différentes, ceux dont la réponse initiale était plus faible ont conservé plus longtemps leur luminance de départ lors des tests de fonctionnement prolongés. Cette mesure présentait une forte corrélation linéaire avec le logarithme de la durée de vie, à 70 % comme à 50 % de la luminosité initiale.

L'équipe explique aussi pourquoi. Au fil d'une utilisation prolongée, des liaisons des molécules organiques peuvent se rompre et former des défauts qui perturbent l'émission de lumière. Des simulations moléculaires indiquent que ces défauts affectent le processus d'émission lumineuse, et que cet effet se manifeste dans la réponse de la luminosité au champ magnétique. Le champ magnétique sert donc de sonde, et non de moyen de prolonger la durée de vie.

Les entreprises du secteur de l'affichage et les instituts de recherche sont les premiers à en tirer profit. Lorsque plusieurs prototypes partagent un même matériau émetteur mais diffèrent par leur structure, quelques mesures précoces permettent de repérer les conceptions les plus susceptibles de durer, afin d'y concentrer les efforts de développement. Comme tous les prototypes n'ont pas besoin de fonctionner longtemps avant que les résultats ne soient disponibles, l'équipe estime que la méthode pourrait raccourcir les délais de développement et réduire les coûts. Elle ne donne cependant aucun calendrier d'adoption en production.

Le résultat n'est pas encore une règle générale. Une validation supplémentaire est nécessaire avant que la relation ne s'applique à un éventail plus large d'OLED, et lorsque les matériaux ou la structure interne changent, les principaux facteurs sensibles au champ magnétique peuvent eux aussi changer. Chaque type de dispositif requiert donc sa propre analyse. Yoo a déclaré que ce résultat « peut servir à sélectionner rapidement, dès les premières étapes du développement des OLED, les matériaux et les structures de dispositifs à longue durée de vie », et qu'avec une validation dans des conditions variées, la méthode pourrait devenir une technique d'évaluation non destructive.