WO2017186941A1 - Dispositif optoelectronique organique matriciel - Google Patents

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WO2017186941A1
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Tony Maindron
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/80—Constructional details
    • H10K59/875—Arrangements for extracting light from the devices
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    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays
    • H10K59/122—Pixel-defining structures or layers, e.g. banks

Definitions

  • the invention relates to an organic optoelectronic device and a matrix of such devices, of the OLED type (acronym for Organic Light-Emitting Diode for organic light-emitting diode).
  • Organic light-emitting diodes have advantages in terms of flexibility, cost of manufacture and compactness for display applications. Certain applications of OLEDs, such as the production of display screens or organic laser diodes, may require high luminances, of the order of one hundred cd.m -2 .
  • an increase in the current density imposed on an OLED makes it possible to increase its luminance.
  • the light emission zone of an OLED comprises a very high density of excitons, resulting in annihilations of excitons and thus a decrease in the efficiency of the device.
  • exciton annihilation can be driven by interactions between two singlet excitons, between a singlet exciton and a triplet exciton, between a singlet and polaron exciton and between singlet exciton and heat.
  • FIG. 1 schematically illustrates the section of a device made according to the prior art by Hayashi, Kyohei, et al.
  • the device 1 comprises a first electrode 4, for example made of indium tin oxide (ITO), deposited on a substrate (not shown), for example glass.
  • An electrically insulating layer 8, for example resin, is deposited in a pattern on the first electrode 4. The pattern is for example made by electron beam lithography.
  • a hole injection layer 5, an emission layer 7 (adapted to emit light radiation) and an electron injection layer 6 are successively deposited on the first electrode 4 and on the layer
  • a second electrode 3 is deposited on all the layers.
  • the zone in which the electrically insulating layer 8 is etched corresponds to an active zone 11, in which the transport of charge carriers and the formation of excitons are mainly confined.
  • FIG. 2 illustrates the exciton density as a function of the OLED (or component) width for a typical OLED.
  • the width of the component is defined as the width of the active zone 11, that is to say the distance represented by the double arrow corresponding to the active zone 11 in FIG. 1.
  • the width of an OLED can be 4 mm.
  • FIG. 2 illustrates the confinement of the excitons inside the active zone 1 1. The excitons are in this case confined in an area corresponding to the region of charge carrier, recombination and exciton formation currents.
  • FIG. 3 illustrates the exciton density in an OLED disclosed by Hayashi, Kyohei, et al.
  • the width of the OLED is 50 nm.
  • the realization of an OLED of this size can be obtained by etching, along a line of a width of 50 nm, the electrically insulating layer 8 by electron beam lithography.
  • the charge carrier current, the recombination and the exciton formation take place in the active zone 1 1.
  • the singlet excitons generated diffuse into the emission layer 7 during their lifetime, partly outside. of the active zone 11.
  • the exciton density (diffuse) is also represented in FIG. 1 by the different gray levels of the emission layer 7. Thus, a significant quantity of excitons is outside the zone active 11.
  • Figure 4 illustrates the external quantum efficiency r
  • the curves (a), (b), (c), (d), (e), (f) and (g) respectively correspond to OLEDs whose width of the active zone 1 1 is 2 mm, 1 ⁇ 400 nm, 200 nm, 100 nm, 50 nm and 50 nm.
  • Curve (a) illustrates the reduction of the external quantum efficiency of a typical OLED (of width equal to 2 mm) when increasing the current density imposed by a voltage between a first electrode 4 and a second electrode 3.
  • the right end of curve (a) corresponds to a break in the OLED. This break, at a high current density, can be attributed to the melting of the layers organic 5, 6, 7.
  • an OLED with a width of 50 nm is characterized by a current density of 10 4 mA / cm 2 while a reference OLED with a width of 2 mm is characterized by a lower current density of several orders of magnitude and equal to 350 mA / cm 2 .
  • the surface luminance of an OLED is an increasing function, with constant external quantum efficiency, of the current density applied to the OLED.
  • the realization of a display system comprising nanometric-sized OLEDs can therefore theoretically allow a higher brightness per unit area.
  • the size of a pixel for example comprising an OLED and an addressing system, is not suitable for producing a standard screen.
  • the aim of the invention is to remedy the aforementioned drawbacks of the prior art, and more particularly to produce a matrix optoelectronic device, comprising nanometric OLEDs, adapted to the display.
  • An object of the invention making it possible to achieve this goal, partially or totally, is an optoelectronic device comprising: a first electrode; a layer deposited on said first electrode in a pattern defining a matrix of so-called active zones (1 1), in which said layer 8 is not deposited, an organic multilayer structure arranged above said first electrode and said layer deposited on said first electrode, said organic multilayer structure being adapted to emit light radiation; a second electrode deposited above said organic multilayer structure; a ratio of an electrical conductivity of the first electrode to an electrical conductivity of the layer deposited on said electrode being at least greater than 5, the minimum width of each said active zone being less than or equal to twenty times a characteristic exciton diffusion length in said organic multilayer structure.
  • the layer deposited on the first electrode is electrically insulating.
  • the layer deposited on the first electrode comprises a transparent conductive oxide.
  • the first electrode is metallic or ITO.
  • the minimum width of each said active zone of the device is less than or equal to 200 nm.
  • the minimum width of each said active zone of the device is less than or equal to twenty times the characteristic diffusion length of the singlet excitons in said organic multilayer structure.
  • the maximum distance between two said active zones adjacent to the device is less than or equal to twenty times a characteristic diffusion length of the excitons.
  • the organic multilayer structure of the device comprises: a hole injection layer; an electron injection layer; an emission layer; and said emission layer is arranged between said hole injection layer and said electron injection layer.
  • said hole injection layer of the device is in contact with said layer deposited on the first electrode and with said first electrode in said active zones.
  • the area of the set of active areas of the device is strictly greater than 10% of the area of said first electrode and strictly less than 90% of the area of said first electrode.
  • the geometry of the contour of said active zones of the device is chosen from a circular, rectangular, square, linear and hexagonal geometry.
  • a said matrix of said active areas of the device is arranged in a network chosen from an orthorhombic network and a hexagonal network.
  • Another object of the invention is a matrix optoelectronic device, comprising a substrate, a plurality of devices arranged on said substrate and arranged in a matrix, and an array of dielectric walls also arranged on said substrate separating said first electrodes from said devices.
  • the matrix optoelectronic device comprises an encapsulation layer deposited on each said second electrode.
  • said matrix optoelectronic device substrate comprises an electrical circuit adapted to individually address an electrical potential at each said first electrode.
  • FIG. 5 schematically illustrates a device Optoelectronics according to an embodiment of the invention
  • FIG. 6 schematically illustrates, in plan view, different configurations of a matrix of active zones of an optoelectronic device
  • FIG. 7 schematically illustrates a section of a matrix optoelectronic device comprising an array of optoelectronic devices
  • - Figure 8 schematically illustrates, in plan view, a matrix optoelectronic device.
  • FIG. 5 diagrammatically illustrates an optoelectronic device 13 according to one embodiment of the invention.
  • Panel A of FIG. 5 illustrates a section of optoelectronic device 13.
  • Panel B of FIG. 5 illustrates a top view of an optoelectronic device 13.
  • the dotted line of panel B corresponds to the sectional plan of the illustration. 5.
  • the optoelectronic device 13 according to the illustrated embodiment of the invention comprises a first electrode 4. This first electrode may be supported by a substrate 2 (not shown in FIG. 5).
  • the material of a first electrode 4 may be a metal, such as silver, or an optically transparent material, such as indium tin oxide (ITO) for example.
  • ITO indium tin oxide
  • a layer 8 is deposited on the first electrode 4, in a pattern defining a matrix of zones called active zones 11, in which the layer 8 is not deposited.
  • the layer 8 is electrically insulating.
  • This layer 8 can be made of photocurable resin and can be etched by electron beam lithography, so as to allow the realization of nanometric patterns.
  • the electrically insulating layer 8 is made of a dielectric material such as alumina (Al 2 O 3 ), TiO 2, HfO 2, Ta 2 O 5. These dielectrics may in particular be deposited by PECVD or ALD.
  • the layer 8 is made of (weakly) conducting material, such as a transparent conductive oxide, such as AZO, ZnO or SnO 2 .
  • a conductive transparent oxide layer 8 is associated with a metal electrode 4.
  • An advantage of the device 13 having a conductive transparent oxide layer 8 is that less luminance is lost than when the layer 8 is in a non-transparent dielectric material, the entire surface remaining emissive.
  • the thickness of the layer 8 may be between 0.5 nm and 50 nm, preferably between 0.5 nm and 20 nm, and more preferably between 0.5 and 5 nm. A very small thickness of the layer 8 limits the disturbances of the organic structure 17 deposited on top.
  • the zones in which the layer 8 is not deposited on the first electrode 4 correspond to the contours of the active areas 1 1 in the main plane of the optoelectronic device 13. In a direction normal to this plane, an active area 1 1 extends on all the layers of the optoelectronic device 13. These areas 1 1 are illustrated by dotted rectangles in the panel A of Figure 5 and light gray squares in the panel B of Figure 5. The dark gray surface in panel B of FIG. 5 corresponds to the zone in which layer 8 is deposited.
  • An organic multilayer structure 17 is deposited on the first electrode 4 and on the layer 8.
  • the organic multilayer structure 17 is common to the whole of the optoelectronic device 13.
  • the organic multilayer structure 17 comprises for example an electron collection layer 5, an electron injection layer 6 and an emission layer 7.
  • the emission layer 7 is arranged between the hole injection layer 5 and the electron injection layer 6.
  • the emission layer 7 is an organic layer adapted to emit light radiation, for example by exciton recombination into photons. Additional layers of hole transport and / or electron transport may also be provided between the injection layers and the emission layer.
  • the organic multilayer structure 17 may be deposited by successive coatings of organic materials in a solvent.
  • a second electrode 3 is deposited on the organic multilayer structure 17.
  • This second electrode 3 may be transparent.
  • the hole injection layer 5 may be directly deposited (that is to say in direct contact) on the layer 8 and on the first electrode 4, in this case called anode.
  • This arrangement defines a so-called direct structure of the optoelectronic device 13.
  • the electron injection layer 6 can be directly deposited on the layer 8 and on the first electrode 4, in this case called cathode. This arrangement defines a so-called inverse structure of the optoelectronic device 13.
  • the electrical conductivity of the first electrode 4 is much greater than the electrical conductivity of the layer 8 forming the pads: a ratio of the electrical conductivity of the first electrode 4 to the electrical conductivity of the layer 8 is at least greater than 5, preferably greater than 10 or 100 which allows the creation of an alternation of zones with a strong electric field (at the level of the active zones) and zones of weaker electric field (at the level of the remaining spots of the layer 8) favoring the diffusion Lateral excitons in these areas with a lower field, especially since the field difference is important.
  • a matrix of passive pixels is defined by the structure of the embodiments illustrated in FIG.
  • each active zone 1 1, or passive pixel corresponds to an individual OLED, in which an electric current can pass through the zone 11 between the first electrode 4 and the second electrode 3.
  • Excitons can diffuse outside an active area 1 1, as shown in Figure 3. This diffusion can be characterized by a diffusion length.
  • the dimensions of the active areas 1 1 are adapted to reproduce the technical effect of an OLED disclosed in Hayashi, Kyohei, et al.
  • the minimum width of each active zone 1 1 is less than or equal to twenty times a characteristic exciton diffusion length. This minimum width of the active area 1 1 allows a separation, at least partially, of a charge carrier current region, recombination and exciton formation, and a region of exciton disintegration.
  • the minimum width of each active zone 11 of a device 13 is less than or equal to 200 nm, preferably less than or equal to 100 nm, and preferably less than or equal to 50 nm.
  • the surface density of current is typically 350 mA / cm 2 .
  • At constant ext the surface density of an OLED with a minimum width of 50 nm is typically 10,000 mA / cm 2 .
  • the ratio of the luminance per unit area between an OLED with a minimum width of 50 nm and a reference OLED is therefore 28 to 1. constant ext .
  • the luminance of an optoelectronic device 13 may be 14 times greater, with an equal device area, than that of an OLED reference, when the layer 8 is insulating.
  • the surface of the set of active areas 11 is smaller than the surface of a reference device, can emit more from light.
  • the emitting surface is larger than in the case where the layer 8 is insulating (it then corresponds to the entire surface of the optoelectronic device 13) but the effect of exciton dilution is less important and therefore the luminance per unit area in active areas is lower than in the case where the layer 8 is insulating remaining nevertheless greater than in the absence of the layer 8.
  • the black arrows in FIG. 5 illustrate upwardly directed light emissions from the optoelectronic device 13 coming from the organic multilayer structure 17 of different active areas 1 1.
  • the different layers arranged above of the organic multilayer structure 17 are able to transmit a light emission.
  • the light emissions of the organic multilayer structure 17 of an active zone 11 may also be directed downwards of the optoelectronic device 13.
  • a transparent substrate 2, for example made of glass, in this case makes it possible to transmit the light emissions.
  • FIG. 6 schematically illustrates, in plan view, various configurations of an active area matrix 11 of an optoelectronic device 13.
  • the panel A of FIG. 6 schematically illustrates an arrangement of active areas 11 according to a primitive orthorhombic network. .
  • each active area 1 1 is delimited by a square outline in a main plane of the optoelectronic device 13.
  • the active areas 1 1 correspond to the light gray squares and the area in which is deposited a layer 8 corresponds to the dark gray area .
  • the panel B of FIG. 6 schematically illustrates an arrangement of active zones 1 1 according to a primitive hexagonal network.
  • each active area 1 1 is delimited by a square outline in a main plane of the optoelectronic device 13.
  • the panel C of Figure 6 schematically illustrates an arrangement of active areas 11 according to a primitive orthorhombic network.
  • each active area 1 1 is delimited by a circular contour in a main plane of the optoelectronic device 13.
  • the panel D of Figure 6 schematically illustrates an arrangement of active areas 1 1 according to a primitive hexagonal network.
  • each active zone 1 1 is delimited by a circular contour in a main plane of the optoelectronic device 13.
  • the geometry of the contour of the active zones 11 may be chosen from among other shapes: it may be oval , rectangular, linear or hexagonal.
  • the pitch of a regular network of active areas 1 1 and the area of each of the active areas 1 1 can be optimized to maximize the luminance of an optoelectronic device 13.
  • the maximum distance between two adjacent active areas 11 may advantageously be less than or equal to twenty times a characteristic diffusion distance of the excitons, preferentially less than or equal to ten times and preferably less than or equal to 5 times a characteristic diffusion distance of the excitons.
  • a variation of the pitch of the grating and of the area of an active zone 11 causes a variation in the area of all the active zones 11 of the optoelectronic device 13.
  • the area of all the active zones 1 1 is advantageously strictly greater than 10% of the area of the first electrode 4 (that is to say of the area of the optoelectronic device 13) and preferably strictly greater than 30% of the area of the first electrode 4.
  • the area of the set of active zones 11 is advantageously strictly less than 90% of the area of the first electrode 4, and preferably less than 80% of the area of the first electrode 4.
  • the geometry of the contour of the active zones 11 is not identical. Active areas 11 of different geometries can be arranged in a matrix so as to optimize the luminance of the optoelectronic device 13.
  • the active areas 11 may also be arranged randomly, that is to say that the network of active areas 11 is not a regular network.
  • the minimum width of an active zone 11 can also be variable or polydispersed.
  • FIG. 7 schematically illustrates a section of a matrix optoelectronic device 14 comprising an array of optoelectronic devices 13.
  • a plurality of optoelectronic devices 13 are arranged on a substrate 2 and arranged in a matrix.
  • An array of dielectric walls 12 is also arranged on the substrate 2 and separates the first electrodes 4 from each optoelectronic device 13. The dielectric walls 12 make it possible to electrically isolate the first electrodes 4 from each other.
  • the substrate 2 comprises an electrical circuit 16 adapted to individually address an electric potential to each first electrode 4.
  • This addressing can be performed, for each optoelectronic device 13, by an electric circuit (not shown) comprising a data line, a line of selection, one or more transistors and one or more capacitors.
  • the assembly comprising an optoelectronic device 13 and an electrical circuit for individual addressing defines an active pixel.
  • the optoelectronic matrix device 14 corresponds to a matrix of individually addressable active pixels, each active pixel comprising a passive matrix of active zones 11.
  • An encapsulation layer 15 may advantageously be deposited on the second electrode (s) 3 to protect the other layers. of the device 14.
  • the different layers of the organic multilayer structure 17 may be common to the whole of the optoelectronic matrix device 14 as illustrated in FIG. 7. These layers may be deposited by centrifugal coating.
  • FIG. 8 is a diagrammatic plan view of a matrix optoelectronic device 14.
  • the dashed black line corresponds to the section illustrated in FIG. 7.
  • the optoelectronic matrix device 14, according to the illustrated embodiment of the invention, comprises a matrix of FIG. optoelectronic devices 13 arranged according to a primitive orthorhombic network.
  • Each of the optoelectronic devices 13 comprises a matrix of active areas 1 1 of square contours, arranged according to a primitive orthorhombic network.

Landscapes

  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

La présente invention se situe dans le domaine des dispositifs optoélectroniques organiques et concerne un dispositif optoélectronique (13) comprenant une première électrode (4), une couche (8) déposée sur ladite première électrode (4) selon un motif définissant une matrice de zones dites zones actives (11), dans lesquelles ladite couche (8) n'est pas déposée, et une structure multicouche organique (17) agencée au dessus de ladite première électrode (4) et de ladite couche (8), ladite structure multicouche organique (17) étant adaptée pour émettre un rayonnement lumineux, un rapport d'une conductivité électrique de la première électrode (4) sur une conductivité électrique de la couche (8) déposée sur ladite électrode étant au moins supérieur à 5, la largeur minimale de chaque dite zone active (11) étant inférieure ou égale à vingt fois une longueur caractéristique de diffusion des excitons dans ladite structure multicouche organique (17).

Description

DISPOSITIF OPTOELECTRONIQUE ORGANIQUE MATRICIEL
L'invention concerne un dispositif optoélectronique organique et une matrice de tels dispositifs, de type OLED (acronyme anglais de Organic Light- Emitting Diode pour diode électroluminescente organique).
Les diodes électroluminescentes organiques présentent des avantages en termes de flexibilité, de coût de fabrication et de compacité pour des applications d' affichage. Certaines applications des OLED, telles que la réalisation d'écrans d' affichage ou de diodes laser organiques, peuvent nécessiter des luminances élevées, de l'ordre de la centaine de cd.m"2.
Une augmentation de la densité de courant imposée à une OLED permet d' augmenter sa luminance. Pour une forte densité de courant, la zone d'émission lumineuse d'une OLED comprend une très forte densité d'excitons, entraînant des annihilations d'excitons et ainsi une diminution de l'efficacité du dispositif. De manière générale, une annihilation d'excitons peut être entraînée par des interactions entre deux excitons singulets, entre un exciton singulet et un exciton triplet, entre un exciton singulet et polaron et entre exciton singulet et la chaleur.
Hayashi, Kyohei, et al. ("Suppression of roll-off characteristics of organic light-emitting diodes by narrowing current injection/transport area to 50 nm. " Applied Physics Letters 106.9, 2015 : 093301) ont apporté une solution à ce problème en diminuant la taille des OLED, permettant d'identifier deux régions : une région de courant de porteurs de charge, de recombinaison et de formation des excitons, et une région de désintégration des excitons.
La figure 1 illustre schématiquement la coupe d'un dispositif réalisé selon l' art antérieur par Hayashi, Kyohei, et al. Le dispositif 1 comporte une première électrode 4, par exemple fabriquée en oxyde d'indium-étain (ITO), déposée sur un substrat (non représenté), par exemple en verre. Une couche électriquement isolante 8, par exemple en résine, est déposée selon un motif sur la première électrode 4. Le motif est par exemple réalisé par lithographie à faisceau d'électrons. Une couche d'injection des trous 5, une couche d'émission 7 (adaptée pour émettre un rayonnement lumineux) et une couche d'injection des électrons 6 sont successivement déposées sur la première électrode 4 et sur la couche électriquement isolante 8. Enfin, une seconde électrode 3 est déposée sur l'ensemble des couches.
La zone dans laquelle la couche électriquement isolante 8 est gravée correspond à une zone active 1 1 , dans laquelle le transport de porteurs de charge et la formation des excitons sont majoritairement confinés.
La figure 2 illustre la densité d'exciton en fonction de la largeur de l' OLED (ou composant), pour une OLED typique. La largeur du composant est définie comme la largeur de la zone active 11 , c'est-à-dire la distance représentée par la double flèche correspondant à la zone active 11 dans la figure 1. Typiquement, la largeur d'une OLED peut être de 4 mm. La figure 2 illustre le confinement des excitons à l'intérieur de la zone active 1 1. Les excitons sont dans ce cas confinés dans une zone correspondant à la zone de courant de porteurs de charge, de recombinaison et de formation des excitons.
La figure 3 illustre la densité d'exciton dans une OLED divulguée par Hayashi, Kyohei, et al. La largeur de l' OLED est de 50 nm. La réalisation d'une OLED de cette taille peut-être obtenue en gravant, le long d'une ligne d'une largeur de 50 nm, la couche électriquement isolante 8 par lithographie à faisceau d'électrons. Le courant de porteurs de charge, la recombinaison et la formation des excitons ont lieu dans la zone active 1 1. Mais dans ce cas, les excitons singulets générés diffusent dans la couche d'émission 7 pendant leur durée de vie, en partie en dehors de la zone active 11. La densité d'exciton (diffuse) est aussi représentée dans la figure 1 par les différents niveaux de gris de la couche d'émission 7. Ainsi, une quantité significative d'excitons se trouve en dehors de la zone active 11. La figure 4 illustre l'efficacité quantique externe r|ext de différentes OLED selon l' art antérieur. Les courbes (a), (b), (c), (d), (e), (f) et (g) correspondent respectivement à des OLED dont la largeur de la zone active 1 1 est de 2 mm, 1 μιη, 400 nm, 200 nm, 100 nm, 50 nm et 50 nm. La courbe (a) illustre la diminution de l'efficacité quantique externe d'une OLED typique (de largeur égale à 2 mm) lors de l' augmentation de la densité de courant imposée par une tension entre une première électrode 4 et une seconde électrode 3. L'extrémité droite de la courbe (a) correspond à une rupture de l' OLED. Cette rupture, à une densité de courant élevée, peut être attribué à la fusion des couches organiques 5, 6, 7. En effet, la résistance des couches organiques entraîne une augmentation de leur température par effet Joule lors d'une augmentation de la densité de courant. Pour une efficacité quantique externe de 1 %, une OLED dont la largeur est de 50 nm est caractérisée par une densité de courant égale 104 mA/cm2 tandis qu'une OLED de référence, d'une largeur de 2 mm, est caractérisée par une densité de courant inférieure de plusieurs ordres de grandeur et égale à 350 mA/cm2.
La luminance surfacique d'une OLED est une fonction croissante, à efficacité quantique externe constante, de la densité de courant appliquée à l' OLED. La réalisation d'un système d' affichage comportant des OLED de dimension nanométrique peut donc théoriquement permettre une luminosité plus élevée par une unité de surface. En revanche, la taille d'un pixel, par exemple comprenant une OLED et un système d' adressage, ne convient pas à la réalisation d'un écran standard. L'invention vise à remédier aux inconvénients précités de l' art antérieur, et plus particulièrement à réaliser un dispositif optoélectronique matriciel, comprenant des OLED nanométriques, adapté à l' affichage.
Un objet de l'invention permettant d' atteindre ce but, partiellement ou totalement, est un dispositif optoélectronique comprenant : - une première électrode ; une couche déposée sur ladite première électrode selon un motif définissant une matrice de zones dites actives (1 1), dans lesquelles ladite couche 8 n'est pas déposée, une structure multicouche organique agencée au dessus de ladite première électrode et de ladite couche déposée sur ladite première électrode, ladite structure multicouche organique étant adaptée pour émettre un rayonnement lumineux ; une seconde électrode déposée au dessus de ladite structure multicouche organique ; un rapport d'une conductivité électrique de la première électrode sur une conductivité électrique de la couche déposée sur ladite électrode étant au moins supérieur à 5, la largeur minimale de chaque dite zone active étant inférieure ou égale à vingt fois une longueur caractéristique de diffusion des excitons dans ladite structure multicouche organique.
Selon un mode de réalisation la couche déposée sur la première électrode est électriquement isolante.
Selon un autre mode de réalisation la couche déposée sur la première électrode comprend un oxyde transparent conducteur.
Avantageusement la première électrode est métallique ou en ITO. Avantageusement, la largeur minimale de chaque dite zone active du dispositif est inférieure ou égale à 200 nm.
Avantageusement, la largeur minimale de chaque dite zone active du dispositif est inférieure ou égale à vingt fois la longueur caractéristique de diffusion des excitons singulets dans ladite structure multicouche organique. Avantageusement, la distance maximale entre deux dites zones actives voisines du dispositif est inférieure ou égale à vingt fois une longueur caractéristique de diffusion des excitons.
Avantageusement, la structure multicouche organique du dispositif comprend: - une couche d'injection des trous ; une couche d'injection des électrons ; une couche d'émission ; et ladite couche d'émission est agencée entre ladite couche d'injection des trous et ladite couche d'injection des électrons. Avantageusement, ladite couche d'injections de trous du dispositif est en contact avec ladite couche déposée sur la première électrode et avec ladite première électrode dans lesdites zones actives. Avantageusement, l' aire de l'ensemble des zones actives du dispositif est strictement supérieure à 10 % de l' aire de ladite première électrode et strictement inférieure à 90 % de l' aire de ladite première électrode.
Avantageusement, la géométrie du contour desdites zones actives du dispositif est choisie parmi une géométrie circulaire, rectangulaire, carrée, linéaire et hexagonale.
Avantageusement, une dite matrice de dites zones actives du dispositif est agencée selon un réseau choisi parmi un réseau orthorhombique et un réseau hexagonal.
Un autre objet de l'invention est un dispositif optoélectronique matriciel, comprenant un substrat, une pluralité de dispositifs agencés sur ledit substrat et disposés en matrice, et un réseau de parois diélectriques également agencées sur ledit substrat séparant lesdites premières électrodes desdits dispositifs. Avantageusement, le dispositif optoélectronique matriciel comprend une couche d'encapsulation déposée sur chaque dite seconde électrode.
Avantageusement, ledit substrat du dispositif optoélectronique matriciel comprend un circuit électrique adapté à adresser individuellement un potentiel électrique à chaque dite première électrode.
L'invention sera mieux comprise et d' autres avantages, détails et caractéristiques de celle-ci apparaîtront au cours de la description explicative qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 5 illustre schématiquement un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 6 illustre schématiquement, en vue de dessus, différentes configurations d'une matrice de zones actives d'un dispositif optoélectronique ; la figure 7 illustre schématiquement une section d'un dispositif optoélectronique matriciel comprenant une matrice de dispositifs optoélectroniques ; - la figure 8 illustre schématiquement, en vue de dessus, un dispositif optoélectronique matriciel.
La figure 5 illustre schématiquement un dispositif optoélectronique 13 selon un mode de réalisation de l'invention. Le panneau A de la figure 5 illustre une section du dispositif optoélectronique 13. Le panneau B de la figure 5 illustre une vue de dessus d'un dispositif optoélectronique 13. La ligne en pointillés du panneau B correspond au plan de section de l'illustration du panneau A de la figure 5. Le dispositif optoélectronique 13 selon le mode de réalisation de l'invention illustré comprend une première électrode 4. Cette première électrode peut être supportée par un substrat 2 (non illustré dans la figure 5). Le matériau d'une première électrode 4 peut être un métal, tel que l' argent, ou un matériau optiquement transparent, comme de l'oxyde d'indium-étain (ITO) par exemple.
Une couche 8 est déposée sur la première électrode 4, selon un motif définissant une matrice de zones dites zones actives 11 , dans lesquelles la couche 8 n'est pas déposée.
Selon un premier mode de réalisation la couche 8 est électriquement isolante.
Cette couche 8 peut être réalisée en résine photoréticulable et peut être gravée par lithographie à faisceau d'électrons, de manière à permettre la réalisation de motifs nanométriques. En variante, la couche électriquement isolante 8 est réalisée en un matériau diélectrique comme de l' alumine (A1203), Ti02, Hf02, Ta205. Ces diélectriques peuvent être notamment déposés par PECVD ou ALD.
Selon un deuxième mode de réalisation la couche 8 est en matériau (faiblement) conducteur, comme un oxyde transparent conducteur, tel AZO, ZnO ou Sn02. Préférentiellement une couche 8 en oxyde transparent conducteur est associée à une électrode 4 métallique.
Un avantage du dispositif 13 présentant une couche 8 en oxyde transparent conducteur est que l'on perd moins de luminance que lorsque la couche 8 est dans un matériau diélectrique non transparent, toute la surface restant émissive.
L'épaisseur de la couche 8 peut être comprise entre 0,5 nm et 50 nm, préférentiellement entre 0.5 nm et 20 nm, et plus préférentiellement entre 0.5 et 5 nm. Une très faible épaisseur de la couche 8 limite les perturbations de la structure organique 17 déposée par dessus. Les zones dans lesquelles la couche 8 n'est pas déposée sur la première électrode 4 correspondent aux contours des zones actives 1 1 dans le plan principal du dispositif optoélectronique 13. Dans une direction normale à ce plan, une zone active 1 1 s'étend sur l'ensemble des couches du dispositif optoélectronique 13. Ces zones 1 1 sont illustrées par des rectangles en pointillés dans le panneau A de la figure 5 et par des carrés gris clair dans le panneau B de la figure 5. La surface en gris foncé dans le panneau B de la figure 5 correspond à la zone dans laquelle est déposée la couche 8.
Les parties restantes de la couche 8 définissent des plots situés sur l'électrode 4, qui reste uniforme en épaisseur et sensiblement plane. Une structure multicouche organique 17 est déposée sur la première électrode 4 et sur la couche 8. La structure multicouche organique 17 est commune à l'ensemble du dispositif optoélectronique 13. La structure multicouche organique 17 comprend par exemple une couche de collection des électrons 5, une couche d'injection des électrons 6 et une couche d'émission 7. La couche d'émission 7 est agencée entre la couche d'injection de trous 5 et la couche d'injection des électrons 6. La couche d'émission 7 est une couche organique adaptée pour émettre un rayonnement lumineux, par exemple par recombinaison d'excitons en photons. Des couches complémentaires de transport de trous et/ou de transport d'électrons peuvent également être prévues entre les couches d'injection et la couche d'émission. La structure multicouche organique 17 peut être déposée par enductions successives de matériaux organiques dans un solvant. Une seconde électrode 3 est déposée sur la structure multicouche organique 17. Cette seconde électrode 3 peut être transparente. La couche d' injection de trous 5 peut être directement déposée (c'est-à-dire en contact direct) sur la couche 8 et sur la première électrode 4, dite dans ce cas anode. Cet agencement définit une structure dite directe du dispositif optoélectronique 13. La couche d' injection des électrons 6 peut être directement déposée sur la couche 8 et sur la première électrode 4, dite dans ce cas cathode. Cet agencement définit une structure dite inverse du dispositif optoélectronique 13.
Préférentiellement la conductivité électrique de la première électrode 4 est très supérieure à la conductivité électrique de la couche 8 formant les plots : un rapport de la conductivité électrique de la première électrode 4 sur la conductivité électrique de la couche 8 est au moins supérieur à 5, préférentiellement supérieur à 10 ou 100 ce qui permet la création d'une alternance de zones à fort champ électrique (au niveau des zones actives) et de zones de champ électrique plus faible (au niveau des plots restant de la couche 8) favorisant la diffusion latérale des excitons dans ces zones à plus faible champ, et ce d' autant plus que l' écart de champ est important. Une matrice de pixels passifs est définie par la structure des modes de réalisations illustrés en figure 5 : chaque zone active 1 1 , ou pixel passif, correspond à une OLED individuelle, dans laquelle un courant électrique peut traverser la zone 1 1 entre la première électrode 4 et la seconde électrode 3. Des excitons peuvent diffuser en dehors d'une zone active 1 1 , comme illustré dans la figure 3. Cette diffusion peut être caractérisée par une longueur de diffusion. La diffusion des excitons singulets est par exemple décrite par l' équation suivante :
Figure imgf000010_0001
dans laquelle DS = L2 D /T et R = J /( qd) , Ds étant la constante de diffusion d'un exciton singulet, x la longueur suivant un axe compris dans le plan principal du dispositif optoélectronique 13, [S ] la densité d' exciton singulet, [T ] la densité d' exciton triplet, LD la longueur de diffusion caractéristique des excitons singulets dans la couche d' émission 7, τ la durée de vie caractéristique d'un exciton singulet, R le taux de génération d' exciton, q la charge électrique, d l' épaisseur de la zone de recombinaison, kr le taux de désexcitation radiative, knr le taux de désexcitation non radiative, kisc le taux d' échange intersystème, krisc le taux d'échange intersystème inverse, ktta le taux d' annihilation exciton triplet- exciton triplet, J la densité surfacique de courant électrique. Ces paramètres sont dépendants des matériaux utilisés pour la réalisation d'un dispositif optoélectronique 13 et peuvent être mesurés par l'homme du métier selon les méthodes divulguées dans Hofmann, Simone, et al., "Singlet exciton diffusion length in organic light-emitting diodes. " Physical Review B 85.24 (2012), 245209.
Les dimensions des zones actives 1 1 sont adaptées à reproduire l'effet technique d'une OLED divulguée dans Hayashi, Kyohei, et al. Dans l'ensemble des modes de réalisation de l'invention, la largeur minimale de chaque zone active 1 1 est inférieure ou égale à vingt fois une longueur caractéristique de diffusion des excitons. Cette largeur minimale des zone active 1 1 permet une séparation, au moins partielle, d'une région de courant de porteurs de charge, de recombinaison et de formation des excitons, et d'une région de désintégration des excitons. Avantageusement, la largeur minimale de chaque zone active 11 d'un dispositif 13 est inférieure ou égale à 200 nm, préférentiellement inférieure ou égale à 100 nm, et préférentiellement inférieure ou égale à 50 nm. Dans un dispositif OLED de référence (dont la largeur minimale d'une zone active est par exemple de 2mm) et pour une efficacité quantique externe r|ext de 1 , la densité surfacique de courant est typiquement de 350 mA/cm2. A r|ext constant, la densité surfacique de courant d'une OLED de largeur minimale de 50 nm est typiquement de 10 000 mA/cm2. Le rapport de la luminance par unité de surface entre une OLED de largeur minimal de 50 nm et une OLED de référence est donc 28 à r|ext constant. En considérant que les zones actives 1 1 couvrent 50 % de la surface d'un plan principal du dispositif optoélectronique 13, la luminance d'un dispositif optoélectronique 13 peut être 14 fois supérieure, à surface de dispositif égale, à celle d'une OLED de référence, lorsque la couche 8 est isolante. Les inventeurs ont découvert que pour une surface de dispositif égale, un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention, dont la surface de l'ensemble des zones actives 11 est inférieure à la surface d'un dispositif de référence, peut émettre plus de lumière. Dans le cas où la couche 8 est conductrice, on obtient un résultat intermédiaire : la surface émissive est plus grande que dans le cas où la couche 8 est isolante (elle correspondant alors à toute la surface du dispositif optoélectronique 13) mais l'effet de dilution des excitons est moins important et donc la luminance par unité de surface dans les zones actives est plus faible que dans le cas où la couche 8 est isolante en restant néanmoins plus grande qu'en l' absence de la couche 8.
Les flèches noires de la figure 5 illustrent des émissions lumineuses dirigées vers le haut du dispositif optoélectronique 13 provenant de la structure multicouche organique 17 de différentes zones actives 1 1. Dans le mode de réalisation de l'invention illustré, les différentes couches agencées au dessus de la structure multicouche organique 17 sont aptes à transmettre une émission lumineuse. Les émissions lumineuses de la structure multicouche organique 17 d'une zone active 11 peuvent aussi être dirigées vers le bas du dispositif optoélectronique 13. Un substrat 2 transparent, par exemple en verre, permet dans ce cas de transmettre les émissions lumineuses.
La figure 6 illustre schématiquement, en vue de dessus, différentes configurations d'une matrice de zones actives 1 1 d'un dispositif optoélectronique 13. Le panneau A de la figure 6 illustre schématiquement un agencement de zones actives 1 1 selon un réseau orthorhombique primitif. Dans cet exemple, chaque zone active 1 1 est délimitée par un contour carré dans un plan principal du dispositif optoélectronique 13. Les zones actives 1 1 correspondent aux carrés gris clair et la zone dans laquelle est déposée une couche 8 correspond à la zone gris foncé. Le panneau B de la figure 6 illustre schématiquement un agencement de zones actives 1 1 selon un réseau hexagonal primitif. Dans cet exemple, chaque zone active 1 1 est délimitée par un contour carré dans un plan principal du dispositif optoélectronique 13. Le panneau C de la figure 6 illustre schématiquement un agencement de zones actives 11 selon un réseau orthorhombique primitif. Dans cet exemple, chaque zone active 1 1 est délimitée par un contour circulaire dans un plan principal du dispositif optoélectronique 13. Le panneau D de la figure 6 illustre schématiquement un agencement de zones actives 1 1 selon un réseau hexagonal primitif. Dans cet exemple, chaque zone active 1 1 est délimitée par un contour circulaire dans un plan principal du dispositif optoélectronique 13. Dans des variantes, la géométrie du contour des zones actives 1 1 peut être choisie parmi d' autres formes : elle peut être ovale, rectangulaire, linéaire ou hexagonale. Avantageusement, le pas d'un réseau régulier de zones actives 1 1 et l' aire de chacune des zones actives 1 1 peuvent être optimisés pour maximiser la luminance d'un dispositif optoélectronique 13. Par exemple, pour une géométrie et une aire données d'une zone active 1 1 et pour une matrice de zones actives 11 sensiblement identiques, on peut trouver un pas optimisant la luminance du dispositif optoélectronique 13. Ainsi, la distance maximale entre deux zones actives 11 voisines peut être avantageusement inférieure ou égale à vingt fois une distance caractéristique de diffusion des excitons, préférentiellement inférieure ou égale à dix fois et préférentiellement inférieure ou égale à 5 fois une distance caractéristique de diffusion des excitons. Une variation du pas du réseau et de l' aire d'une zone active 11 entraîne une variation de l' aire de l'ensemble des zones actives 11 du dispositif optoélectronique 13. L' aire de l'ensemble des zones actives 1 1 est avantageusement strictement supérieure à 10 % de l' aire de la première électrode 4 (c'est-à-dire de l' aire du dispositif optoélectronique 13) et préférentiellement strictement supérieure à 30 % de l' aire de la première électrode 4. De plus, l' aire de l'ensemble des zones actives 11 est avantageusement strictement inférieure à 90 % de l' aire de la première électrode 4, et préférentiellement inférieure à 80 % de l' aire de la première électrode 4. Dans une variante, la géométrie du contour des zones actives 11 n'est pas identique. Des zones actives 11 de différentes géométries peuvent être agencées en matrice de manière à optimiser la luminance du dispositif optoélectronique 13.
Les zones actives 11 peuvent aussi être agencées de manière aléatoire, c'est-à-dire que le réseau de zones actives 1 1 n'est pas un réseau régulier. La largeur minimale d'une zone active 11 peut aussi être variable ou polydispersée.
La figure 7 illustre schématiquement une section d'un dispositif optoélectronique matriciel 14 comprenant une matrice de dispositifs optoélectroniques 13. Dans ce mode de réalisation de l'invention, une pluralité de dispositifs optoélectroniques 13 sont agencés sur un substrat 2 et disposés en matrice. Un réseau de parois diélectriques 12 est également agencé sur le substrat 2 et sépare les premières électrodes 4 de chaque dispositif optoélectronique 13. Les parois diélectriques 12 permettent d'isoler électriquement les premières électrodes 4 les unes des autres. Le substrat 2 comprend un circuit électrique 16 adapté à adresser individuellement un potentiel électrique à chaque première électrode 4. Cet adressage peut être réalisé, pour chaque dispositif optoélectronique 13, par un circuit électrique (non illustré) comprenant une ligne de données, une ligne de sélection, un ou plusieurs transistors et une ou plusieurs capacités. L'ensemble comprenant un dispositif optoélectronique 13 et un circuit électrique d' adressage individuel définit un pixel actif. Le dispositif optoélectronique matriciel 14 correspond à une matrice de pixels actifs individuellement adressables, chaque pixel actif comprenant une matrice passive de zones actives 1 1. Une couche d'encapsulation 15 peut être avantageusement déposée sur la ou les secondes électrodes 3 pour protéger les autres couches du dispositif 14.
Les différentes couches de la structure multicouche organique 17 peuvent être communes à l'ensemble du dispositif optoélectronique matriciel 14 comme illustré dans la figure 7. Ces couches peuvent être déposées par enduction centrifuge.
La figure 8 illustre schématiquement en vue de dessus un dispositif optoélectronique matriciel 14. La ligne noire en pointillés correspond à la section illustrée en figure 7. Le dispositif optoélectronique matriciel 14, selon le mode de réalisation de l'invention illustré, comprend une matrice de dispositifs optoélectroniques 13 agencés selon un réseau orthorhombique primitif. Chacun des dispositifs optoélectroniques 13 comporte une matrice de zones actives 1 1 de contours carrés, agencées selon un réseau orthorhombique primitif.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif optoélectronique (13) comprenant : une première électrode (4) ;
une couche (8) déposée sur ladite première électrode (4), selon un motif définissant une matrice de zones dites zones actives (1 1), dans lesquelles ladite couche (8) n'est pas déposée ,
une structure multicouche organique (17) agencée au dessus de ladite première électrode (4) et de ladite couche (8) déposée sur ladite première électrode (4), ladite structure multicouche organique (17) étant adaptée pour émettre un rayonnement lumineux ;
une seconde électrode (3) déposée au dessus de ladite structure multicouche organique (17),
un rapport d'une conductivité électrique de la première électrode (4) sur une conductivité électrique de la couche (8) déposée sur ladite électrode étant au moins supérieur à 5, ;
la largeur minimale de chaque dite zone active (1 1) étant inférieure ou égale à vingt fois une longueur caractéristique de diffusion des excitons dans ladite structure multicouche organique (17).
2. Dispositif optoélectronique (13) selon la revendication précédente dans lequel la couche (8) déposée sur la première électrode est électriquement isolante.
3. Dispositif optoélectronique (13) selon la revendication 1 dans lequel la couche (8) déposée sur la première électrode comprend un oxyde transparent conducteur.
4. Dispositif optoélectronique (13) selon l'une des revendications précédentes dans lequel la première électrode (4) est métallique ou en oxyde d'indium-étain (ITO).
5. Dispositif optoélectronique (13) selon lune des revendications précédentes dans lequel la largeur minimale de chaque dite zone active (1 1) est inférieure ou égale à 200 nm.
6. Dispositif optoélectronique (13) selon l'une des revendications précédentes dans lequel la largeur minimale de chaque dite zone active (1 1) est inférieure ou égale à vingt fois la longueur caractéristique de diffusion des excitons singulets dans ladite structure multicouche organique (17).
7. Dispositif optoélectronique (13) selon l'une des revendications précédentes dans lequel la distance maximale entre deux dites zones actives (11) voisines est inférieure ou égale à vingt fois une longueur caractéristique de diffusion des excitons.
8. Dispositif optoélectronique (13) selon l'une des revendications précédentes dans lequel ladite structure multicouche organique (17) comprend : une couche d'injection des trous (5) ;
une couche d'injection des électrons (6) ;
- une couche d'émission (7) ; et dans lequel ladite couche d'émission (7) est agencée entre ladite couche d'injection des trous (5) et ladite couche d'injection des électrons (6).
9. Dispositif optoélectronique (13) selon la revendication précédente dans lequel ladite couche d'injections de trous (5) est en contact avec ladite couche (8) déposée sur ladite première électrode et avec ladite première électrode (4) dans lesdites zones actives (11).
10. Dispositif optoélectronique (13) selon l'une des revendications précédentes dans lequel l' aire de l'ensemble des zones actives (1 1) est strictement supérieure à 10 % de l' aire de ladite première électrode (4) et strictement inférieure à 90 % de l' aire de ladite première électrode (4).
11. Dispositif optoélectronique (13) selon l'une des revendications précédentes dans lequel la géométrie du contour desdites zones actives (11) est choisie parmi une géométrie circulaire, rectangulaire, carrée, linéaire et hexagonale.
12. Dispositif optoélectronique (13) selon l'une des revendications précédentes dans lequel une dite matrice de dites zones actives (1 1) est agencée selon un réseau choisi parmi un réseau orthorhombique et un réseau hexagonal.
13. Dispositif optoélectronique matriciel (14), comprenant un substrat (2), une pluralité de dispositifs (13) selon l'une des revendications 1 à 12 agencés sur ledit substrat (2) et disposés en matrice, et un réseau de parois diélectriques (12) également agencées sur ledit substrat (2) séparant lesdites premières électrodes (4) desdits dispositifs (13).
14. Dispositif optoélectronique matriciel (14) selon la revendication précédente comprenant une couche d' encapsulation (15) déposée sur chaque dite seconde électrode (3).
15. Dispositif optoélectronique matriciel (14) selon l'une des revendications 13 à 14, dans lequel ledit substrat (2) comprend un circuit électrique (16) adapté à adresser individuellement un potentiel électrique à chaque dite première électrode (4).
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