Les minuscules pixels OLED peuvent être fabriqués comme des micropuces
Cela permet de produire de minuscules pixels OLED colorés destinés aux écrans, ainsi que des sources lumineuses de haute précision pour la recherche et les technologies médicales
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Les écrans sont de plus en plus petits et de plus en plus nets. On le constate, par exemple, avec les lunettes de réalité augmentée ou les viseurs électroniques des appareils photo, dont certains ont une diagonale d’écran inférieure à un centimètre.
Cependant, plus les pixels d’un écran sont petits, plus leur fabrication est difficile. Les diodes électroluminescentes organiques (OLED) sont très prometteuses pour la réalisation de pixels particulièrement petits. Contrairement aux diodes électroluminescentes classiques, elles ne sont pas constituées de cristaux, mais de composés à base de carbone. Alors que les diodes électroluminescentes classiques perdent en luminosité à mesure que les cristaux sont taillés plus finement, les matériaux électroluminescents organiques permettent de produire des pixels minuscules mais lumineux.
Jusqu’à présent, les matériaux électroluminescents organiques n’étaient pas adaptés aux méthodes de fabrication de haute précision utilisées dans l’industrie des semi-conducteurs. La photolithographie utilisée dans cette industrie fait appel à des solvants et autres produits chimiques qui attaquent chimiquement et dégradent les molécules organiques.
Photorésines pour la lithographie
Des chercheurs de l’ETH Zurich ont désormais réussi à rendre des molécules luminescentes organiques adaptées à la photolithographie : ils ont produit des polymères luminescents de différentes couleurs qui servent de photorésines tout en résistant à des conditions chimiques agressives. Ces polymères peuvent être appliqués sur une puce semi-conductrice. Les photorésines se réticulent lorsqu’elles sont exposées à la lumière UV, ce qui permet de créer des structures géométriques à échelle fine.
« Nous avons développé une nouvelle classe de molécules à longue chaîne pouvant être transformées en pixels OLED par exposition directe à la lumière », explique Yinyin Bao, qui a mené ces recherches à l’ETH Zurich et est aujourd’hui professeur à l’université d’Helsinki. Il a dirigé ces travaux en collaboration avec le professeur Chih-Jen Shih de l’ETH. Leurs résultats viennent d’être publiés dans la revue *Nature* (page externe).
Enveloppe protectrice, noyau luminescent
Afin de protéger les molécules luminescentes sensibles contre les produits chimiques agressifs, les chercheurs ont mis au point un complexe moléculaire reposant sur le principe « cœur-enveloppe » : au centre se trouve la molécule émettrice de couleur. Celle-ci est entourée de bras disposés en forme d’étoile, dont les extrémités réagissent à la lumière UV. Lorsqu’elles sont exposées à la lumière, elles se réticulent avec les branches d’autres «étoiles». Cela rend le matériau insoluble dans cette zone, une propriété exploitée en photolithographie.
La partie interne des bras remplit également une fonction importante : elle maintient les extrémités réactives à distance de la molécule luminescente, la protégeant ainsi. Un coauteur de l’étude, de l’université RMIT de Melbourne, a approfondi l’analyse de cet effet protecteur à l’aide de simulations informatiques.
« Nous séparons spatialement ces deux fonctions », explique le professeur Shih de l’ETH. « La molécule émettrice de lumière est protégée à l’intérieur, tandis que les groupes réactifs de réticulation se trouvent à l’extérieur. Cela permet au photorésist de réagir pendant la lithographie sans causer de dommages significatifs au cœur émetteur de lumière. »
L’image fluorescente multicolore à la plus haute résolution à ce jour
Les chercheurs ont démontré à quel point il est possible de structurer avec précision des matériaux luminescents de différentes couleurs à l’aide de cette méthode, à l’aide d’une image test à haute résolution : ils ont produit l’image d’un ara mesurant 300 sur 430 micromètres et composée de 250 sur 350 pixels. Il s’agit d’une image statique composée de couleurs fluorescentes – en d’autres termes, ce n’est pas encore un écran. Dans cette image, les pixels ne sont pas rendus lumineux par un courant électrique, mais sont excités par une lumière externe, ce qui les fait émettre une fluorescence. Il s’agit de l’image multicolore à base de couleurs fluorescentes la plus haute résolution jamais réalisée à ce jour à l’aide de la photolithographie.
Les chercheurs ont démontré que cette méthode pouvait également servir à produire des diodes électroluminescentes alimentées électriquement à l’aide d’une autre image test : un logo ETH lumineux mesurant 1 par 2,4 millimètres. Ce projet a été développé en collaboration avec le groupe dirigé par Hua Wang, professeur d’électronique à l’ETH Zurich.
Les chercheurs ont désormais pour objectif de réduire encore davantage la taille des pixels des diodes électroluminescentes. Pour parvenir à produire un écran fonctionnel, il faudra encore mettre au point des composants électroniques permettant de contrôler chaque pixel indépendamment des autres.
Shih entrevoit des applications potentielles non seulement dans les petits écrans, mais aussi dans des sources lumineuses miniatures destinées à la technologie médicale ainsi que dans des dispositifs destinés à la recherche biologique et neuroscientifique. « Nous pouvons utiliser cette technologie pour générer de la lumière à petite échelle et avec une grande précision, exactement là où elle est nécessaire », explique Shih. De minuscules OLED pourraient, par exemple, être utilisées dans des équipements de recherche pour examiner de manière ciblée des cellules biologiques individuelles ou pour stimuler par la lumière des cellules nerveuses dans une boîte de Pétri. Cette nouvelle approche permettrait de produire directement sur des micropuces des sources lumineuses très petites et contrôlables avec précision, qui pourraient également s’avérer utiles en microscopie et dans le domaine des capteurs.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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