Développement de nouveaux matériaux émetteurs organiques pour des applications dans le domaine des diodes électroluminescentes et des lasers organiques

Development of new organic emissive materials for organic light-emitting diodes and organic laser applications

• Auteur / Autrice : Weiwei Du
• Direction : David Kreher, Fabrice Mathevet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 26/11/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut parisien de chimie moléculaire (2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Michèle Salmain
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Chénais
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Leclerc, Philippe Blanchard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs organiques

Cyclophanes

Photophysique

Électronique moléculaire

Diodes électroluminescentes organiques

Mots clés libres

Matériaux organiques émetteurs de lumière

Fluorescence retardée activée thermiquement (TADF)

Diodes électroluminescentes organiques (OLEDs)

Molécules à gain

Émission spontanée amplifiée (ASE)

Lasers organiques

Organic light-emitting materials

Thermally activated delayed fluorescence (TADF)

Organic Light Emitting Diodes (OLEDs)

Gain molecules

Amplified spontaneous emission (ASE)

Organic lasers

Résumé

Dans ce travail, de nouveaux matériaux émetteurs organiques ont été développés pour des applications dans le domaine des diodes électroluminescentes ou des lasers organiques. Tout d’abord, trois séries de molécules « through space » TADF (Fluorescence retardée activée thermiquement) à base de cœurs cyclophane ont été préparées avec succès. Leurs structures chimiques ont été caractérisées par résonnance magnétique nucléaire (RMN) et spectroscopie de masse haute résolution (HRMS). Leurs propriétés photophysiques ont été étudiées en solution et à l’état solide. Dans ces structures, le transfert de charge intramoléculaire est produit via des interactions intramoléculaires à travers l’espace entre les groupements donneur et accepteur, et leurs études ont révélé que la plupart des dérivés synthétisés présentent un caractère TADF. Les propriétés d’électroluminescence de certains dérivés ont été également étudiées en configuration OLED et des résultats prometteurs ont été mis en évidence. Ensuite, une série de molécules à gain basées sur des structures pi-conjuguées ou tridimensionnelles étendues ont été synthétisées avec succès pour des applications lasers. Leurs structures chimiques ont été caractérisées par résonnance magnétique nucléaire (RMN) et spectroscopie de masse haute résolution (HRMS). De bonnes propriétés de luminescence telles que de hauts rendements quantiques de photoluminescence (PLQY) et de courts temps de vie de fluorescence ont été démontrés en solution et à l’état solide pour la plupart des dérivés. Pour finir, ces matériaux émissifs présentent de bonnes propriétés d’émission spontanée amplifiée (ASE) avec de faibles valeurs de seuil et des dispositifs laser optiquement pompés ont également pu être fabriqués à partir de certains des dérivés de la série.

In this work, new organic emitting materials were designed for the organic light-emitting diodes (OLED) or laser applications. First, three series of through-space TADF (Thermally Activated Delayed Fluorescence) molecules based on different cyclophane cores have been successfully prepared. Their chemical structures were confirmed by Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and high-resolution mass spectrometry (HRMS). The photophysical properties were investigated in solution and solid state. In these systems, the intramolecular charge transfer was produced via intramolecular through-space interactions between the donor and acceptor units, and their study revealed that most of these derivatives exhibit a TADF character. The electroluminescence properties of some derivatives were also investigated in OLED configuration and promising results were evidenced. Second, a new set of soluble gain molecules based on extended π-conjugated or three dimensional (3D) structures have been successfully synthesized for laser applications. Their chemical structures were confirmed by Nuclear Magnetic Resonance (NMR), high-resolution mass spectrometry (HRMS) and elemental analysis. High luminescence properties such as high photoluminescence quantum yields (PLQY) and short fluorescence lifetimes were demonstrated in both solution and solid state for most of the derivatives. Finally, these emitting materials exhibits good amplified spontaneous emission (ASE) properties with low thresholds and optically pumped laser devices were fabricated based on some derivatives of the series.