Quand la lumière point

La lumière artificielle de nos écrans n’a pas fini de nous éblouir. À la fin de mai, le constructeur coréen LG a présenté sa nouvelle télévision. L’écran est grand (140 cm de diagonale) et surtout très fin : 0,97 mm d’épaisseur ! Comme une affiche de lumière, ce prototype se colle au mur avec quatre aimants. Ses propriétés incroyables sont liées à la technologie Oled(1), pour diode électroluminescente organique. Cet éclairage concurrence les écrans LCD (cristaux liquides). Il est déjà présent dans les petits écrans des téléphones ou des autoradios et, en architecture intérieure, dans de luxueux panneaux dans lesquels la lumière semble jaillir de nulle part. Cette technologie, qui a une infinité d’applications, est pourtant loin d’être mature. À Rennes, des chimistes y travaillent.

Le vieillissement des écrans

« Dans une diode électroluminescente organique, une molécule émet directement de la lumière, explique Cyril Poriel, chargé de recherche CNRS à l’Institut des sciences chimiques de Rennes (ISCR). On branche le courant et ça marche : le rétroéclairage d’un écran Oled n’est pas nécessaire, contrairement aux écrans LCD. Les écrans sont donc beaucoup plus fins. » En associant trois molécules, d’où rayonnent les trois couleurs verte, rouge et bleue, une telle diode peut émettre toutes les couleurs, y compris le blanc. Mais le défi consiste à créer les molécules qui émettent la lumière souhaitée.

Les chimistes de l’équipe Matière condensée et systèmes électroactifs élaborent ces matériaux innovants. Ils font des calculs théoriques, puis synthétisent des molécules à partir d’atomes de carbone, d’hydrogène et d’azote. « Nous cherchons de nouvelles molécules avec des propriétés d’émission de fluorescence intéressantes, explique Cyril Poriel. Le problème concerne la stabilité dans le temps de la couleur bleue. Aujourd’hui, les molécules qui émettent de la lumière verte et rouge ont une durée de vie de 400000 et 250000 heures, mais les bleues vivent seulement 20000 heures(2). » La perte d’intensité de la lumière bleue crée un vieillissement rapide des écrans Oled. Ce n’est pas trop gênant pour les smartphones, qui meurent vite, mais c’est problématique pour les grands écrans. Ce souci technologique est l’une des raisons pour lesquelles Samsung a suspendu sa production de télévisions Oled, tout en conservant ce type d’éclairage pour ses smartphones. Sony a actuellement arrêté ses recherches dans cette direction. Philips ne se lance pas dans cette technologie, sauf pour l’éclairage d’ambiance. Officiellement, les concurrents de LG ne semblent pas relever le défi... mais tout peut changer très vite.

Les chercheurs rennais ont réussi à incorporer des molécules dans des
diodes bleues, pour les rendre beaucoup plus performantes.
© D. Tondelier, B. Geffroy, CEA Saclay

Les écrans à Led sont constitués d'un assemblage de Led rouges, vertes et bleues. Ce sont ces dernières qui posent encore problème.
© Fotolia / Darknightsky

La malléabilité des écrans Oled semble magique. C'est une application spectaculaire de l'électronique plastique.
© Yoshikazu Tsuno / AFP

La recherche fondamentale menée à Rennes sur ces diodes bleues, très en amont du stade industriel, fait évoluer les choses. En collaboration avec l’ENS Cachan et l’École polytechnique d’Université Paris-Saclay, les chercheurs de l’ISCR ont réussi récemment à développer de nouvelles molécules pour les diodes électroluminescentes organiques bleues. « Nous pensions que ce n’était pas possible, mais nous avons réussi à incorporer une certaine famille de molécules, appelées dihydro-indénoflurènes, dans des diodes bleues. Cela a entraîné une très forte augmentation des performances des diodes. C’est très prometteur », résume Cyril Poriel. Cette découverte, qui vient de faire l’objet d’une publication dans une revue scientifique(3), est intéressante d’un point de vue fondamental. « Nous avons modifié de façon simple les propriétés électroniques de ces molécules, constituées d’une cinquantaine d’atomes de carbone et d’hydrogène, en modifiant une liaison chimique entre deux atomes de carbone. » Une petite modification structurale, pour un changement très intéressant des propriétés optiques.

Le bleu, le Graal

Malgré des avancées fantastiques ces dernières années, la couleur bleue stable est l’un des derniers verrous à lever pour la communauté des chercheurs en électronique organique. Ce champ de recherche s’appelle aussi l’électronique plastique, car il utilise des matériaux sans métaux : les molécules sont déposées sur des substrats souples. D’où des écrans Oled courbes, pliables ou transparents... complètement malléables. Enfin, outre leur flexibilité et leur finesse, le contraste de ces écrans est excellent. Pour afficher du noir, une zone de l’écran s’éteint, ce que ne permet pas le rétroéclairage des écrans LCD. Mais les écrans Oled ne les remplacent pas encore. Les chimistes cherchent toujours ce Graal d’un bleu (presque) éternel.