Projet BMBF NEMO : Recherche sur de nouveaux matériaux OLED sous la direction de Merck achevée avec succès

Après trois années de recherche intensive dans le domaine de nouveaux matériaux solubles et traitables pour les OLEDs (Diodes électroluminescentes organiques), Merck, en collaboration avec dix autres partenaires issus de l'industrie et des universités, a mené à bien le projet financé par le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche (BMBF) «Nouveaux matériaux pour OLEDs à partir de solutions» (NEMO). Les matériaux nouvellement développés peuvent désormais être intégrés dans des composants OLED à grande surface, par exemple pour des téléviseurs, des écrans lumineux et dans l’éclairage d’objets ou de pièces. Ils sont particulièrement adaptés aux processus d'impression, qui, en raison de leur faible perte de matériau comparée aux procédés traditionnels par évaporation, permettent une fabrication plus économique des OLEDs. Le budget total du projet s’élevait à 29 millions d’euros. Merck a dirigé le consortium composé de onze partenaires.

Merck a développé et testé dans ce projet de nouveaux matériaux phosphorescents pour des applications rouges, vertes et bleues. Par exemple, la durée de vie extrapolée a pu être portée à 50 % de la luminosité initiale (= durabilité en utilisation) pour les matériaux émetteurs triplet verts, passant de 10 000 heures à plus de 200 000 heures, tout en augmentant simultanément l'efficacité de ces matériaux de 30 cd/A à plus de 70 cd/A (Candela/Ampère) à une luminosité de 1000 cd/m².

« Le succès du projet constitue une étape majeure et importante pour les systèmes de matériaux imprimables offrant d’excellentes performances », déclare le Dr Udo Heider, responsable du domaine OLED chez Merck. « Cela permet à nos clients de bénéficier de processus de fabrication économiquement efficaces, qui, grâce à de faibles pertes de matériaux en production, profitent également à l’environnement. »

La portée du projet allait des matériaux émetteurs de lumière traités à partir de solutions, aux matériaux de transport de charge, jusqu’aux nouveaux adhésifs pour une encapsulation fiable de chaque composant OLED. Des investigations physiques sur les matériaux et les composants OLED ont également été menées, permettant une compréhension approfondie pour le développement futur de matériaux.

Outre Merck, les entreprises et instituts suivants ont participé au projet : l’Université Humboldt de Berlin, Delo Industrie Klebstoffe, Enthone GmbH, l’Institut Fraunhofer pour la recherche appliquée sur les polymères (IAP), Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG, l’Université de Potsdam, l’Université de Regensburg ainsi que l’Université de Tübingen.

Université Humboldt de Berlin
À l’Université Humboldt de Berlin, de nouvelles matériaux de transport d’électrons ont été fabriqués et testés à l’aide de stratégies synthétiques modulaires.

Delo Industrie Klebstoffe
L’entreprise s’est concentrée sur le développement de colles à faible perméabilité à la vapeur d’eau pour l’encapsulation plane. Un point central des travaux a été l’optimisation de la compatibilité de la colle avec les matériaux OLED. Des systèmes de collage appropriés ont été identifiés, permettant une réduction significative des défauts dans le composant. Les systèmes développés ont été caractérisés de manière exhaustive.

Enthone GmbH (ex-Ormecon)
Au Nano Science Centre d’Enthone à Ammersbek, des dispersions du polymère conducteur électrique polyaniline ont été développées, à partir desquelles des couches de transport de charge pour OLEDs ont été fabriquées. Ces écrans ont montré des propriétés électriques équivalentes à celles des matériaux précédemment utilisés.
Pour la caractérisation des composants OLED, les OLED préparés par Merck ont été analysés par spectroscopie d’impédance. Des zones instables, responsables de la courte durée de vie des OLED, ont été identifiées. De plus, à partir des mesures d’impédance sur des écrans soumis à une charge temporaire, des prévisions de durée de vie ont pu être faites.

Institut Fraunhofer pour la recherche appliquée sur les polymères (IAP)
L’Institut Fraunhofer pour la recherche appliquée sur les polymères à Potsdam (IAP) a développé des systèmes phosphorescents à base de polymères pour les émetteurs verts et rouges de Merck. Des molécules de transport de charge appropriées ont été liées en tant que groupes latéraux à une chaîne principale de polymère, et il a été démontré que cela conduisait à des performances et durées de vie comparables, voire améliorées, par rapport aux petits molécules traitables en solution. Pour le « Vert », des efficacités de courant de 61 cd/A et des durées de vie de 66 000 heures à 1000 cd/m² ont été atteintes.

Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG (ex-H.C. Starck Clevios GmbH)
L’entreprise a développé de nouveaux matériaux pour les couches intermédiaires, améliorant l’injection des porteurs de charge de l’anode vers la couche émettrice des OLED, contribuant ainsi à augmenter leur durée de vie. La work function des couches d’injection de trous peut maintenant être ajustée dans une large gamme de 4,8 à 6,1 eV. Des contre-ions polymères solubles dans l’eau ont été créés, permettant pour la première fois la réalisation de matériaux PEDOT sans eau. Parallèlement, des électrodes transparentes pouvant être déposées à partir de solutions ont été développées pour réduire les coûts des OLEDs. La conductivité des films de PEDOT:PSS a été encore améliorée. Des premières lampes OLED sans ITO ont été réalisées. En combinant ces films avec des lignes en argent sérigraphiées, des surfaces OLED sans chute de luminance visible du bord au centre du composant ont été possibles.

Université de Potsdam
Des chercheurs de l’Université de Potsdam ont étudié les propriétés physiques telles que le transport de charge et la dynamique d’excitation dans des matériaux nouvellement synthétisés et dans le composant fini. En combinant des simulations stationnaires et transitoires, ils ont pu déterminer quels processus limitent l’efficacité des diodes électroluminescentes et ceux qui déterminent le vieillissement des composants.

Université de Regensburg (représentée par deux chaires)
Dans le groupe du professeur Yersin, de nouvelles classes d’émetteurs à forte et faible interaction métal-métal ont été développées, montrant l’effet de récolte du singulet découvert à Regensburg. Cela permet de réaliser des émetteurs très efficaces pour OLEDs à base de complexes de cuivre très économiques. Ces travaux sur la récolte du singulet avec de nouveaux émetteurs issus de complexes de cuivre ont été récompensés en avril 2012 par un prix d’innovation lors de la conférence internationale « SPIE Organic Photonics » à Bruxelles.
Par ailleurs, dans le groupe du professeur König, des bibliothèques d’émetteurs ont été synthétisées selon un protocole simple et combinatoire. Pour une identification rapide et quasi automatisée de chaque émetteur, ainsi que pour l’étude de leur photostabilité, un système de criblage a été développé. Le comportement de dégradation de nombreuses substances a ainsi pu être étudié, permettant de tirer des conclusions sur différents mécanismes de dégradation.

Université de Tübingen (représentée par deux chaires)
Les groupes de Tübingen ont fourni de nouvelles composés métallométalliques, pouvant servir de molécules luminescentes dans les OLEDs. Des synthèses chimiques ont permis de réaliser des complexes de coordination de rhodium, iridium, palladium, platine, cuivre, argent et or, qui ont été caractérisés, et de nouvelles structures porteuses prometteuses pour les matériaux émetteurs ont été développées.
Les communiqués de presse de Merck KGaA sont envoyés simultanément à leur publication sur Internet et par email. Utilisez l’adresse web http://www.newsabo.merck.de pour vous inscrire en ligne, modifier votre sélection ou résilier le service.