Etude théorique et expérimentale de µ-OLEDs en régime impulsionnel à très haute densité de courant / Lei Zeng ; sous la direction de Azzedine Boudrioua et de Alexis Fischer

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Fluorescence induite par laser

Diodes électroluminescentes organiques

Semiconducteurs organiques

Nanophotonique

Boudrioua, Azzedine (Directeur de thèse / thesis advisor)

Fischer, Alexis (Directeur de thèse / thesis advisor)

Sagnes, Isabelle (Président du jury de soutenance / praeses)

Bonnaud, Olivier (19..-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Maindron, Tony (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Chakaroun, Mahmoud (1980-....) (Membre du jury / opponent)

Djemia, Philippe (Membre du jury / opponent)

Hirsch, Lionel (1970-....) (Membre du jury / opponent)

Université Sorbonne Paris Cité (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Université Sorbonne Paris Nord (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis ; 1970-....) (Autre partenaire associé à la thèse / thesis associated third party)

Résumé / Abstract : Ce travail de thèse porte sur l’estimation de la possibilité d’atteindre le seuil laser dans un matériau organique par pompage électrique. Dans le but ultime de réaliser le laser organique à pompage électrique, un prérequis est d’injecter une haute densité de courant dans un dispositif électroluminescent fonctionnel. Dans un premier temps, le comportement de l’OLED soumise à haute densité de courant est simulé et un modèle d’estimation de seuil laser basé sur la matrice de transfert est proposé. Ces études théoriques indiquent l’existence d’une densité de population maximale d’excitons radiatives au début d’injection de courant et estime la nécessité de 8.7×1016 cm-3 au seuil laser. Ensuite, la caractéristique résolue en temps des μ-OLED à base d’Alq3 : DCM excitées par des impulsions électriques de courtes durées (< 100 ns) et à faible taux de répétition (10 Hz) sont étudiées à l’aide d’un système de microscope confocal calibré. Les caractéristiques de l’OLED sont en bon accord avec les simulations théoriques. Une densité de courant de 3.6 kA/cm² et un pic de luminance de 8.4×106 cd/m² ont été obtenus en injectant des impulsions de 30 ns. Le pic de luminance correspond à une densité de population de 3.6×1017 cm-3, soit supérieure au plus petit seuil laser en littérature. Il est donc possible de réaliser le laser dans cette fenêtre de temps de quelques nanosecondes.

Résumé / Abstract : This thesis focus on the estimation of the possibility to achieve the laser threshold in an organic material with electrical pumping. As the ultimate goal is to demonstrate an electrically pumped organic laser, attaining high current density in a working electroluminescent device is pre-required. At first, the response of OLED at high current injection condition is simulated with a theoretical model. And the laser threshold estimation is performed by transfer matrix method. These theoretical studies show that a peak of emissive exciton (singlet) population density should exist at pulse onset, while a population density of 8.7×1016 cm-3 is necessary for lasing. Next, the time-resolved characteristics of μ-OLED based on Alq3 : DCM excited by short (< 100 ns) electrical pulses with low repetition rate (10 Hz) have been studied on the calibrated confocal microscope. The response of μ-OLED is in good agreement with the theoretical simulations. A current density of 3.6 kA/cm² and a luminance peak of 8.4×106 cd/m² have been achieved with 30-ns pulses. This luminance peak corresponds to singlet population density of 3.6×1017 cm-3, which is higher than the smallest laser threshold in literature. We suggest that it is possible to achieve laser effect in the time window of several nanoseconds at pulse onset.