Optimisation de la durée de vie de micro-écrans vidéo à diodes électroluminescentes organiques

Modeling faults in SRAM based FPGA and appropriate protections

• Auteur / Autrice : Julien Boizot
• Direction : François Templier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 25/05/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire d'Electronique, de Technologie et d'Instrumentation
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Electronique, de Technologie et d'Instrumentation
• Jury : Président / Présidente : Eléna Ishow
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Templier, Gunther Haas, Henri Doyeux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lionel Hirsch, Yvan Bonnassieux

Mots clés

Mots clés libres

Diode Electro Luminescente Organique

Micro-écrans vidéo

Physique organique

Durée de vie

Dégradation

Organic Light emitting Diodes

Microdiplays

Organic physics

Lifetime

Degradation

Résumé

Ce travail porte sur l'amélioration des performances en vieillissement de micro-écrans vidéo à matrice active en technologie OLED sur Silicium. La perte d'efficacité lumineuse et la dérive en tension induites par le vieillissement des OLED restent depuis plusieurs années un point faible inhérent à cette technologie et représente toujours un verrou dans la commercialisation des micro-écrans sur un marché encore jeune. Nous proposons ici une étude d'optimisation d'un empilement OLED blanc bi-émetteurs à émission vers le haut basée sur l'amélioration systématique des modes de défaillances reconnus des OLED et adaptée aux spécificités de réalisation de micro-écrans à très forte résolution. Des outils originaux tels que des structures simplifiées de types monocouche ou monoporteur seront utilisés pour comprendre et réduire ces différents mécanismes de dégradation. Du fait de la complexité des structures OLED actuelles, des structures simplifiées seront notamment développées et analysées dans le but d'accéder à la compréhension des phénomènes intrinsèques de dégradation opérant au sein des couches organiques, à leurs interfaces ou encore aux interfaces avec les électrodes. Une méthode de caractérisation électrique encore peu utilisée dans le cas des LED organiques, la spectroscopie d'impédance, sera également développée. Cette technique de caractérisation électrique très prometteuse et surtout non destructive permet à travers l'étude des comportements capacitifs des dispositifs l'accès à de nombreuses informations relatives à la dynamique des charges liées ou mobiles dans les zones de bulk ou interfaciales des matériaux.

The present study deals with active-matrix OLED microdisplays, based on a white top-emitting bi-emitters structure. The optimization of these devices lifetime is the main point of this manuscript. The luminous efficiency loss and the voltage drift induced while ageing of the device under constant current driving conditions are indeed key parameters. A first part consists in understanding the main degradation mechanisms known to operate in OLED devices. A focus on intrinsic mechanisms is here chosen to improve devices lifetime. Extrinsic mechanisms like encapsulation issues or other process optimization are not developed in this work. We propose here a systematic study on the influence of OLED structure parameters on initial but especially on aging performances. The optimization of anode electrical contact through plasma treatments and a thin oxide interlayer show very interesting results for reducing operating bias and voltage drift induced while aging under constant current. The enhancement of doping percentage in doped injection layers also show significant improvement on devices performances, with the great advantage of being a useful tool for controlling devices efficiency. We also find that an optimization of the emission layers thicknesses could lead to great lifetime improvement. Those results are also combined and confirmed by a Design Of Experiments meant to determine the influence of the main process parameters on devices performances. Finally, we initiate the characterization of our OLED devices using impedance spectroscopy measurements. From the modeling of single-layer structures to the understanding of simple bipolar devices through analysis of capacitive evolution of full-stack devices with time, we here show that this technic appears very useful for the understanding of charge carrier dynamic and could help reducing charge accumulation.