Synthèse et étude de réseaux de nanoparticules métalliques pour l'exaltation de l'électroluminescence des OLEDs via l'effet plasmonique

Synthesis and study of metallic nanoparticle arrays to enhance the electroluminescence of organic light emitting diodes using the plasmonic effet

• Auteur / Autrice : Sarah Hamdad
• Direction : Azzedine Boudrioua, Mahmoud Chakaroun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 25/05/2021
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des lasers (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mahmoud Chakaroun, Céline Fiorini, Anne Amy-Klein, Renaud Bachelot, Omar Lamrous, Fadi Issam Baida
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Agnès Maître, Valérie Vigneras

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayleigh, Diffusion de

Diodes électroluminescentes organiques

Plasmons lents

Mots clés libres

Plasmons

Anomalies de rayleigh

Modes de surface de reseaux

Plasmons

Rayleigh anomalies

Surface lattice modes

Résumé

Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à l’étude de l’amélioration des propriétés optiques et électriques des OLED en utilisant des réseaux de nanoparticules d’Ag. En particulier, nous nous sommes focalisés sur l’étude des résonances de réseau de surface (SLR) afin de comprendre l’origine des mécanismes d’interactions dans ces réseaux. Nous avons aussi étudié l’influence de ces modes sur les caractéristiques d’émission d’une couche organique d’abord en pompage optique et ensuite en pompage électrique. Pour cela, nous avons mis en place au sein du laboratoire LPL plusieurs bancs optiques et développé des calculs afin d’interpréter les résultats obtenus. Ces résultats confirment le rôle crucial des anomalies de Rayleigh dans l’interaction entre les NPs et les émetteurs organiques. En particulier, ils révèlent leur importance pour l’apparition d’une directivité de l’émission. Dans le cas des μOLED, les études réalisées montrent que la présence de réseaux de courtes périodes améliore le processus électrique d’injection des trous dans le dispositif. De plus, on montre également qu’il est possible d’exalter le rendement de la μOLED par l’insertion d’un réseau de longue périodicité. Toutefois, on souligne que l’existence de modes SLR et les effets de directivité de l’émission dans ces dispositifs nécessitent des études plus approfondies. Les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse constituent un pas important vers une profonde compréhension des interactions entre les NPs métalliques et les émetteurs organiques et pourraient ouvrir la voie vers l’étude d’OLED superradiantes qui constituerait une étape intermédiaire pour aller vers la diode laser organique

In this thesis work, we were interested in studying the improvement of the optical and electrical properties of OLEDs using square arrays of Ag nanoparticles. In particular, we focused on the study of surface lattice resonance (SLR) modes in order to understand the interaction mechanisms between the NPs in a grating. We have also studied the influence of these modes on the emission characteristics of an organic layer first under optical pumping and then under electrical pumping. For this, we have set up within the LPL laboratory several optical experiments and developed several numerical calculations in order to interpret the obtained results. These latter confirm the crucial role of Rayleigh anomalies in the appearance of directional emission. In the case of OLEDs, the studies carried out show that the presence of short period metallic structures can help to improve the electrical injection process of holes into the organic device. Besides, we show that the insertion of a longue period grating can improve the efficiency of the OLED. However, the existence of collective SLR modes is not guaranteed in this type of configuration and the emission directivity effects require further studies. The results obtained within the framework of this thesis work constitute an important step towards a deep understanding of the interactions between the grating of metallic NPs and the organic emitters and could open the way towards the study and the realization of superriadiant OLEDs, which would constitute an intermediate step to go to the organic laser diode