Ce travail de thèse explore l’excitation électrique de micro-OLEDs en régime d’impulsion afin d’évaluer la possibilité d’atteindre le seuil laser dans les diodes laser organiques qui restent encore à démontrer. Ils’agit d’identifier des solutions scientifiques et techniques ouvrant la voie vers des densités d’excitations électriques équivalentes aux seuils laser observés en pompage optique. Dans la littérature, les seuils les plus bas sont équivalents à des densités de courant entre 0.72 et 4kA/cm² si on suppose une efficacité quantique externe de 1%. De telles densités de courant imposent un régime d’excitation électrique impulsionnel pour s’affranchir des risques de destructions par effet thermique et des pertes par annihilation singulet-triplet dès lors que l’on travaille avec des durées d’impulsion de l’ordre de la nanoseconde. Et pour espérer des réponses électriques et optiques efficaces à de telles durées d’impulsions, il est proposé ici de combiner l’électronique hyperfréquence et l’optoélectronique organique. A cet effet, un modèle électrique équivalent de l’OLED permettant d’accéder à son temps de réponse en mode tout-ou-rien est développé. De plus, des électrodes spécifiques sont dimensionnées et structurées sous forme de lignes coplanaires d’impédance caractéristique 50Ω afin de maîtriser l’impédance du circuit d’excitation et d’assurer le transfert du maximum d’énergie de l’impulsion d’excitation vers celui-ci. Après dépôts de l’hétéro-structure organique basée sur le système hôte-dopant Alq3:DCM, les composants ainsi réalisés sont caractérisés électriquement et optiquement avec différentes techniques par analyse vectorielle, en régime continu et en régime d’impulsion. En régime d’impulsion de très courtes durées (2.5~20ns) et à faible taux de répétition (100Hz), des temps de réponse de 330ps etdes densités de courant maximales entre 4 et 6kA/cm² ont été mesurés alors que le maximum de luminance culmine à 4.11x10⁶ cd/m². / This thesis explores the pulsed electrical excitation of micro-OLEDs in order to evaluate the possibility of reaching the laser threshold in organic laser diodes that have not yet be demonstrated. The main goal is the identification of the scientific and technical solutions towards high electrical excitation current densities equivalent to the laser thresholds observed under optical pumping. In the literature, the lowest reported thresholds are equivalent to current densities between 0.72 and 4kA/cm², assuming an external quantum efficiency of 1%. Such current densities imply a pulsed electrical excitation regime to prevent the risks of device breakdown by Joule heating effects and to avoid losses by excitons annihilation processes, as long as the pulses duration are in nanosecond range. To expect efficient electrical and optical responses to such pulse durations, it is suggested to combine microwave electronics and organic optoelectronics. For this purpose, an equivalent electrical model of the organic light emitting device, allowing access to its on-off mode time response, is developed. Additionally, specific electrodes are designed and patterned in the coplanar waveguide configuration with characteristic impedance of 50Ω, inorder to control the impedance of the excitation circuit and to ensure the maximum energy transfer of the excitation pulse to the device. After deposition of organic hetero-structure based on the Alq3:DCM host-guest system, the device is characterized electrically and optically with different techniques by vector network analysis, in continuous mode and in pulse mode. In pulse excitation regime with very short pulses durations (2.5~20ns) and low repetition rate (100Hz), time response of 330ps and maximum current densities between 4 and 6kA/cm² are recorded while the maximum of luminance peaks at 4.11x10⁶ cd/m².

Classical semiconductor physics has been continuously improving electronic components such as diodes, light-emitting diodes, solar cells and transistors based on highly purified inorganic crystals over the past decades. Organic semiconductors, notably polymeric, are a comparatively young field of research, the first light-emitting diode based on conjugated polymers having been demonstrated in 1990. Polymeric semiconductors are of tremendous interest for high-volume, low-cost manufacturing ("printed electronics"). Due to their rather simple device structure mostly comprising only one or two functional layers, polymeric diodes are much more difficult to optimize compared to small-molecular organic devices. Usually, functions such as charge injection and transport are handled by the same material which thus needs to be highly optimized. The present work contributes to expanding the knowledge on the physical mechanisms determining device performance by analyzing the role of charge injection and transport on device efficiency for blue and white-emitting devices, based on commercially relevant spiro-linked polyfluorene derivatives. It is shown that such polymers can act as very efficient electron conductors and that interface effects such as charge trapping play the key role in determining the overall device efficiency. This work contributes to the knowledge of how charges drift through the polymer layer to finally find neutral emissive trap states and thus allows a quantitative prediction of the emission color of multichromophoric systems, compatible with the observed color shifts upon driving voltage and temperature variation as well as with electrical conditioning effects. In a more methodically oriented part, it is demonstrated that the transient device emission observed upon terminating the driving voltage can be used to monitor the decay of geminately-bound species as well as to determine trapped charge densities. This enables direct comparisons with numerical simulations based on the known properties of charge injection, transport and recombination. The method of charge extraction under linear increasing voltages (CELIV) is investigated in some detail, correcting for errors in the published approach and highlighting the role of non-idealized conditions typically present in experiments. An improved method is suggested to determine the field dependence of charge mobility in a more accurate way. Finally, it is shown that the neglect of charge recombination has led to a misunderstanding of experimental results in terms of a time-dependent mobility relaxation. / Klassische Halbleiterphysik beschäftigt sich bereits seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich mit der Weiterentwicklung elektronischer Bauteile wie Dioden, Leuchtdioden, Solarzellen und Transistoren auf der Basis von hochreinen anorganischen Kristallstrukturen. Im Gegensatz hierzu ist das Forschungsgebiet der organischen, insbesondere der polymeren Halbleiter noch recht jung: Die erste Leuchtdiode auf der Basis von "leitfähigem Plastik" wurde erst 1990 demonstriert. Polymere Halbleiter sind hierbei von besonderem Interesse für hochvolumige Anwendungen im Beleuchtungsbereich, da sie sich kostengünstig herstellen und verarbeiten lassen ("gedruckte Elektronik"). Die vereinfachte Herstellung bedingt dabei eine vergleichsweise geringe Komplexität der Bauteilstruktur und verringert die Optimierungsmöglichkeiten. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zum Verständnis der Vorgänge an Grenzflächen und im Volumen von polymeren Leuchtdioden und ermöglicht damit ein besseres Verständnis der Bauteilfunktion. Im Fokus steht hierbei mit einem spiro-verknüpften Polyfluorenderivat ein kommerziell relevanter Polymertyp, der amorphe und hochgradig temperaturstabile Halbleiterschichten bildet. Ausgehend von einer Charakterisierung der Ladungstransporteigenschaften wird im Zusammenspiel mit numerischen Simulationen der Bauteilemission gezeigt, welche Rolle die polymeren und metallenen Kontaktelektroden für die Bauteilfunktion und -effizienz spielen. Des Weiteren wird ein weiß-emittierendes Polymer untersucht, bei dem die Mischung von blauen, grünen und roten Farbstoffen die Emissionsfarbe bestimmt. Hierbei wird das komplexe Wechselspiel aus Energieübertrag zwischen den Farbstoffen und direktem Ladungseinfang aufgeklärt. Es wird ein quantitatives Modell entwickelt, das die beobachtete Verschiebung der Emissionsfarbe unter wechselnden elektrischen Betriebsparametern erklärt und zusätzlich die Vorhersage von Temperatur- und elektrischen Konditionierungseffekten ermöglicht. Ausgehend von leicht messbaren Parametern wie Stromstärken und Emissionsspektren ermöglicht es Rückschlüsse auf mikroskopische Vorgänge wie die Diffusion von Ladungen hin zu Farbstoffen. Es wird gezeigt, dass im Gegensatz zu bisherigen Erkenntnissen der Ladungseinfang durch Drift im elektrischen Feld gegenüber der Diffusion überwiegt. In einem eher methodisch orientierten Teil zeigt die Arbeit, wie die beim Abschalten von Leuchtdioden beobachtbare Emission dazu verwendet werden kann, Erkenntnisse zu Ladungsdichten während der Betriebsphase zu gewinnen. Es wird abschließend nachgewiesen, dass eine gängige Methode zur Bestimmung von Ladungsbeweglichkeiten unter typischen Messbedingungen fehlerbehaftet ist. Ergebnisse, die bisher als eine zeitliche Relaxation der Beweglichkeit in ungeordneten Halbleitern interpretiert wurden, können damit auf die Rekombination von Ladungen während der Messung zurückgeführt werden. Es wird außerdem gezeigt, dass eine Modifikation der bei der Auswertung verwendeten Analytik die genauere Vermessung der Feldstärkeabhängigkeit der Beweglichkeit ermöglicht.

Diese Arbeit behandelt neue Konzepte zur Realisierung hocheffizienter Weißlicht emittierender organischer Leuchtdioden (OLEDs), wobei blaue fluoreszierende Emitter mit grünen und roten phosphoreszierenden Emittern kombiniert werden. Bisherige Ansätze zur Erreichung höchster Quantenausbeuten basieren auf der ausschließlichen Verwendung phosphoreszierender Emitter, da diese prinzipiell 100% der elektrisch erzeugten Exzitonen in Licht umwandeln können. Allerdings sind speziell OLEDs mit phosphoreszierenden tiefblauen Emittern heutzutage nach wie vor nicht langzeitstabil. Andererseits gibt es zwar sehr stabile fluoreszierende Emitter auch im tiefblauen Spektralbereich, jedoch kann eine rein fluoreszierende OLED aus spinstatistischen Gründen maximal nur ein Viertel der erzeugten Exzitonen in Licht umwandeln. Für eine ernsthafte Verwendung von OLEDs als Lichtquellen sind sowohl die Umwandlungseffizienz elektrischer Leistung in Lichtleistung im sichtbaren Spektralbereich, als auch ihre Langzeitstabilität entscheidend. Ein Kompromiss lässt sich daher mit der Kombination von blauen fluoreszierenden Emittern mit grünen und roten phosphoreszierenden Emittern erzielen. Die beiden in dieser Arbeit entwickelten Konzepte unterscheiden sich in der energetischen Lage des Triplettniveaus des jeweils verwendeten fluoreszierenden blauen Emitters relativ zu den verwendeten phosphoreszierenden Emittern. Das erste Konzept verwendet einen fluoreszierenden blauen Emitter mit niedriger Triplettenergie, weshalb er bei direktem Kontakt mit den phosphoreszierenden Emittern deren Phosphoreszenz löscht. Eine Exzitonen blockierende Zwischenschicht unterdrückt diesen Verlustmechanismus. Dies wird sowohl in Photolumineszenzexperimenten als auch in OLEDs nachgewiesen. Weiterhin muss die Zwischenschicht gleichzeitig die Exzitonengeneration auf beiden Seiten gewährleisten, sie muss also bipolare Transporteigenschaften haben. Mischschichten aus einem Elektronen transportierenden und einem Löcher transportierenden Material werden mit der Methode der raumladungsbegrenzten Ströme in unipolaren Strukturen untersucht, um ihren Einfluss auf die Ladungsträger- und Exzitonenbalance in OLEDs zu erklären. Das zweite Konzept verwendet einen fluoreszierenden blauen Emitter mit hoher Triplettenergie. Dadurch ergeben sich einige Vorteile. Phosphoreszenz wird nicht mehr gelöscht, weshalb keine Zwischenschicht mehr notwendig ist. Zusätzlich können außerdem die auf dem blauen fluoreszierenden Emitter erzeugten Triplettexzitonen für die Lichtemission verwendet werden, indem man sie auf die phosphoreszierenden Emitter überträgt. Damit ist es grundsätzlich möglich, 100% der elektrisch erzeugten Exzitonen für die Lichtemission zu verwenden, obwohl ein fluoreszierender Emitter verwendet wird. Allerdings ist dabei darauf zu achten, dass die Singulettexzitonen nicht ebenfalls übertragen werden, da sonst kein Weißlicht mehr erzeugt werden kann. Es werden verschiedene OLED-Strukturen untersucht, um Singulett- und Triplettexzitonen so auf die jeweiligen Emitter zu verteilen, dass eine ausgewogene spektrale Balance der Emission erreicht wird. Ein zentraler Punkt ist dabei die Ausnutzung der unterschiedlich großen Diffusionslängen von Singulett- und Triplettexzitonen.

In organischen Leuchtdioden (OLEDs) werden üblicherweise anorganische Materialien wie Indium-Zinn-Oxid (ITO) als transparente leitfähige Anoden verwendet. ITO besitzt allerdings eine geringe Austrittsarbeit und kann deshalb Löcher nicht effizient in organische Materialien injizieren. Weiterhin ist ITO eine Quelle von Indium- und Sauerstoff-Ionen, die in die organischen Materialien diffundieren und dort mit der Organik reagieren bzw. als effiziente Exzitonenvernichter agieren. Eine mögliche Alternative zu ITO sind hoch leitfähige Polymere wie PEDOT:PSS und Polyaniline. Diese Studie untersucht die physikalischen Aspekte von OLEDs mit elektrisch dotierten Ladungstransportschichten auf Polymeranoden. Hierbei werden pin-OLEDs auf ITO mit OLEDs auf Polymeranoden direkt verglichen und mit dem derzeitigen Stand der Technik diskutiert. Die Untersuchungen zeigen, daß OLEDs auf PEDOT:PSS Anoden eine höhere Effizienz erreichen als OLEDs auf ITO Anoden. Um die physikalischen Unterschiede von pin-OLEDs auf ITO und PEDOT:PSS Anoden zu untersuchen, werden optische Simulationen sowie Ultraviolett-Photoemissions-Spektroskopie (UPS) und Lebensdauermessungen durchgeführt. Die optischen Simulationen zeigen, daß die Polymeranoden durch ihren geringen Brechungsindex eine höhere Lichtauskopplungseffizienz besitzen als OLEDs mit einer ITO-Anode. Außerdem finden UPS-Messungen eine geringere Löcherinjektionsbarriere von PEDOT:PSS zu dotierten und undotierten Lochtransportschichten. Aus diesem Grund ist die Ladungsträgerinjektion an der Anoden-Organik-Grenzfläche effizienter, wenn eine PEDOT:PSS-Anode verwendet wird. Lebensdauermessungen von pin-OLEDs auf PEDOT:PSS-Anoden zeigen eine vergleichbare Lebensdauer zu OLEDs auf ITO-Anoden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen eindeutig, daß Polymeranoden das Potential besitzen, ITO als Anode zu ersetzen und zusätzlich die OLED-Effizienz zu erhöhen.

Den Fokus dieser Arbeit bildet die Untersuchung und die konzeptionelle Verbesserung der wichtigsten Eigenschaften organischer Leuchtdioden (OLED) – die Lebensdauer und die Quantenausbeute, welche sich durch die interne und externe Quanteneffizienz kategorisieren lässt. Es werden monochrome pin- Strukturen betrachtet, welche die Basis für Displays und weiße Multifarben- OLEDs darstellen. Die Auswirkung der Ladungsbalance auf die interne Quanteneffizienz wird untersucht. Dabei finden Triplettemitter Verwendung, da diese aus spinstatistischen Gründen viermal effizienter als fluoreszente Substanzen sind. Für hohe Effizienzen ist die ambipolare Ladungs- und Exzitonenverteilung in der Emissionsschicht mit breiter und zentraler Rekombinationszone anzustreben. Dies wird durch einen energetisch barrierefreien Schichtaufbau über die Auswahl der Matrix-, Blocker- und Transportmaterialien bezüglich geeigneter Transportniveaus und Ladungsträgerbeweglichkeiten erreicht. Bei roten OLEDs wird durch den Austausch des Lochblockers mit geeignetem LUMO die Elektroneninjektion in die löcherleitende Emissionsschicht erhöht und dadurch die Ladungsbalance maximiert. Damit werden externe Quanteneffizienzen von 20% erzielt, was dem Maximum der internen Quanteneffizienz von 100% entspricht. Des Weiteren werden neue Konzepte zur höheren Lichtauskopplung entwickelt. Aufgrund interner Totalreflexionen bleiben 80% der Photonen in Organikund Substratmoden gefangen was die externe Quanteneffizienz begrenzt. Eine deutliche Reduzierung dieser Moden wird bei OLEDs mit stärkeren Mikrokavitäten durch ITO/Silber-Anoden festgestellt. Die energetische und räumliche Umverteilung der Photonen verringert Totalreflexionen womit die Auskopplung bzw. die externe Quanteneffizienz um den Faktor 1,5 erhöht wird. Für rote OLEDs werden dadurch Rekordwerte von 26% externer Quanteneffizienz und einer Leistungseffizienz von 81 lm/W erzielt. Die auftretende winkelabhängige Farbverschiebung kann durch streuende Mikrolinsenfolien reduziert werden. Für verbesserte Auskopplung ohne Farbverschiebung werden Streukonzepte mit rauen Schichten getestet. Kristalline Schichten innerhalb der Organik beeinflussen allerdings den elektrischen Teil der OLED. Dies wird durch extrinsische Verlagerung der Streuschicht ausgeschlossen. Weiterhin wird die intrinsische Degradation von OLEDs mit phosphoreszenten Iridium-Emittern untersucht. Als Hauptursache werden strominduzierte chemische Reaktionen zwischen Emittermolekülen und anderen umgebenden Substanzen identifiziert. Die Akkumulation von Ladungsträgern und Exzitonen fördert diese Reaktionen. Als Zerstörungsmechanismus wird die Dissoziation der Iridium-Emitter mit folgender irreversibler Komplexbildung der Fragmente mit Umgebungsmaterialien wie dem Lochblocker festgestellt. Die OLED-Lebensdauer korreliert dabei doppelt- logarithmisch mit der Anzahl der Komplexe. Die chemische Reaktivität der Umgebungsmaterialien bestimmt die Stärke der Komplexbildung. Mit inerten Substanzen konnte bei roten OLEDs mit 10 Millionen Stunden bei Display-Helligkeit ein Weltrekord erzielt werden. Die geringe Degradation erfordert Extrapolationsmethoden. Es wird ein gestreckt exponentielles Verhalten der Helligkeitsabnahme beobachtet. Eine neue Fehleranalyse der Extrapolation ermöglicht die Angabe von Lebensdauer-Infima bei sehr stabilen OLEDs.

Organic Light-Emitting Devices (OLEDs) have reached industrial maturity in display technology, since OLEDs provide salient advantages such as high brightness, fast response, wide viewing angle, mechanical flexibility, and low cost manufacturing. Due to the ability of electroluminescence (EL) from triplet excited states as well as singlet excited states, phosphorescent OLEDs (PHOLEDs) have a potential to achieve 100% internal quantum efficiency. Therefore, PHOLEDs can offer a competitive external quantum efficiency. However, the operational stability of PHOLEDs is relatively poor. Several mechanisms have been proposed to address the chemical and physical phenomena associated with intrinsic degradation of PHOLEDs, nevertheless, the reasons behind voltage rise and luminance loss accompanying PHOLEDs long term operation are not yet well understood. The state of the art p-i-n PHOLEDs offer relatively high efficiency and low efficiency roll-off. However, this technology is characterized by structure complexity. Therefore, much of the current research on PHOLEDs focuses on the development of the simplest possible and most easily processed architecture that can deliver the optimal combination of device properties. Simplified PHOLEDs, utilizing one material for both hole transport and emitter host, can be a good candidate for replacement of p-i-n technology. Simplified PHOLEDs offer higher efficiency than the p-i-n PHOLEDs , yet, their EL stability is found to be poor. In this thesis, the role of the ITO/organic interface on simplified PHOLEDs efficiency will be investigated. Furthermore, possible degradation mechanisms at the ITO/organic interface will be explored. Moreover, we will correlate degradation at the ITO/organic interface to PHOLEDs operational stability. Eventually, organic layers modifications including but not limited to emissive layer (EML) will be examined. By studying the indium tin oxide (ITO)/organic interface in simplified PHOLEDs, it was found that this interface is critical to PHOLEDs performance. The study shows that, this interface is critical to the PHOLED overall stability and is considered as one of the limiting factors of the long term operational stability of simplified PHOLEDs. The effect of optical excitation on the ITO/organic interface stability in hole-only devices was investigated. It was found that the ITO/organic interface is susceptible to exciton-induced degradation. This degradation affects the device stability severely compared to current-induced degradation. The exciton-induced degradation can be prevented by doping the hole transport layer (HTL), at the interface with an exciton quencher layer or by blocking the electrons from leaking to the ITO/organic interface that may further recombine with holes to form excitons. Further studies showed that upon combining both electrical stress and optical excitation, the device degradation is even more pronounced which is most likely due to interactions between charges and excitons. By using exciton life-time measurements, a new role of molybdenum trioxide (MoO3) in the electrical stability of PHOLEDs, as an exciton quencher layer, is introduced. Delayed EL (DEL) measurements showed that the simplified PHOLEDs are susceptible to triplet-triplet annihilation (TTA) and triplet-polaron quenching (TPQ) which might affect the operational stability of simplified PHOLEDs. Finally, EML modifications showed that the recombination zone of simplified PHOLEDs is located near the HTL/EML interface.

In the last decades, investigations of organic light-emitting diodes (OLEDs) have tackled several key challenges of this lighting technology and have brought the electron to photon conversion efficiency close to unity. However, currently only 20% to 30% of the photons can typically be extracted from OLED structures, as total internal reflection traps the major amount of the generated light inside the devices. This work focuses on the optimization of the optical properties of top-emitting OLEDs, in which the emission is directed away from the substrate. In this case, opaque materials, e.g. a metal foil or a display backplane can be used as substrate as well. Even though top-emitting OLEDs are often preferred for applications such as displays, two main challenges remain: the application of light extraction structures and the deposition of highly transparent materials as top electrode, without harming the organic layers below. Both issues are addressed in this work. First, top-emitting OLEDs are deposited on top of periodically corrugated light outcoupling structures, in order to extract internally trapped light modes by Bragg scattering and to investigate the basic scattering mechanisms in these devices. It is shown for the first time that the electrical performance is maintained in corrugated top-emitting OLEDs deposited on top of light extraction structures. Furthermore, as no adverse effects to the internal quantum efficiency have been observed, the additional emission from previously trapped light modes directly increases the device efficiency. It has been proven that the spectral emission of corrugated OLEDs is determined by the interference of all light modes inside the air light-cone, including the observation of destructive interference and anti-crossing phenomena. The formation of a coherently coupled mode pair of the initial radiative cavity mode and a Bragg scattered mode has been first observed, when grating structures with an aspect ratio > 0.2 are applied. There, the radiative cavity mode partially vanishes. The observation and analysis of such new emission phenomena in corrugated top-emitting OLEDs has been essential in obtaining a detailed insight on fundamental scattering processes as well as for the optimization and control of the spectral emission by light extraction structures. Second, the adverse impact of using only moderately transparent silver electrodes in white top-emitting OLEDs has been compensated improving the metal film morphology, as the organic materials often prevent a replacement by state-of-the-art electrodes, like Indium-tin-oxide (ITO). A high surface energy Au wetting layer, also in combination with MoO3, deposited underneath the Ag leads to smooth, homogeneous, and closed films. This allows to decrease the silver thickness from the state-of-the-art 15 nm to 3 nm, which has the advantage of increasing the transmittance significantly while maintaining a high conductivity. Thereby, a transmittance comparable to the ITO benchmark has been reached in the wavelength regime of the emitters. White top-emitting OLEDs using the wetting layer electrodes outperform state-of-the art top-emitting devices with neat Ag top electrodes, by improving the angular colorstability, the color rendering, and the device efficiency, further reaching sightly improved characteristics compared to references with ITO bottom electrode. The enormous potential of wetting layer metal electrodes in improving the performance of OLEDs has been further validated in inverted top-emitting devices, which are preferred for display applications, as well as transparent OLEDs, in which the brittle ITO electrode is replaced by a wetting layer electrode. Combining both concepts, wetting layer electrodes and light extraction structures, allows for the optimization of the grating-OLED system. The impact of destructive mode interference has been reduced and thus the efficiency increased by a decrease of the top electrode thickness, which would have not been achieved without a wetting layer. The optimization of corrugated white top-emitting OLEDs with a top electrode of only 2 nm gold and 7 nm silver on top of a grating with depth of 150 nm and period of 0.8 µm have yielded a reliable device performance and increased efficiency by a factor of 1.85 compared to a planar reference (5.0% to 9.1% EQE at 1000 cd/m2). This enhancement is comparable to common light extraction structures, such as half-sphere lenses or microlens foils, which are typically restricted to bottom-emitting devices. Overall, the deposition of top-emitting OLEDs on top of light extraction structures finally allow for an efficient extraction of internally trapped light modes from these devices, while maintaining a high device yield. Finally, the investigations have resulted in a significant efficiency improvement of top-emitting OLEDs and the compensation of drawbacks (optimization of the white light emission and the extraction of internal light modes) in comparison to the bottom-emitting devices. The investigated concepts are beneficial for OLEDs in general, since the replacement of the brittle ITO electrodes and the fabrication of roll-to-roll processing compatible light extraction structures are also desirable for bottom-emitting, or transparent OLEDs.

La travail présente traite du développement de diodes organiques électroluminescentes(OLEDs) a haute luminance pour des applications dans des micro écrans. Ces dispositifs sontbases sur des substrats silicium utilisent la technologie CMOS. Le présent ouvrage met en avantles efforts développe afin de réduire la dérive en tension et ma décroissance lumineuse enopération des dispositifs lumineux.Dans la première partie de l’étude, des OLEDs vertes haute luminance fonctionnant àbasse tension sont développes. L’empilement organique a émission vers le haut comprenant unémetteur fluorescent vert entre des couches de blocage de charges et des couches de transportdopées. Les effets de différentes structures de dispositifs, des configurations de l’empilement etdes matériaux organiques sur les performances initiales et en opération sont reportés ici.Dans la deuxième partie de l’étude, le développement de dispositifs OLED hybrides pourmicro écrans couleurs est présenté. Les structures hybrides comprennent une couche detransport de trous photosensible et traitable par solution (X-HTL) et d’une OLED blancheréalisée par évaporation sous vide. Cette méthode permet la génération de couleur directe, ellepermet ainsi d’obtenir de très bonnes efficacités et un contrôle aisé de la couleur émise parsimple modification de l’épaisseur de X-HTL. / The present work reports the development of high luminance organic light emitting diodes(OLEDs) device stacks for microdisplay applications. The devices are based on siliconcomplementary metal-oxide semiconductor (CMOS) backplane. In the present treatise effortsare particularly focused on reducing the luminance decay and the voltage drift during deviceoperation.In the first part of this study, high brightness and low operating voltage green OLEDs arereported. The top emitting device stack comprises of fluorescent green emitter accompanied bycharge blocking layers and doped charge transport layers. The effect of different devicestructures, configurations and organic materials on the initial and lifetime performance of thedevice is presented.In the second part of the study, device development of hybrid OLED stacks for high luminancefull color microdisplays is reported. The hybrid devices comprise of a solution processed andphotocrosslinkable hole transport layer (X-HTL) and an evaporated white OLED stack. Thismethod allows direct primary color generation with relatively high efficiency and offers ease ofcolor tunability by controlling the thickness of the X-HTL.

Ce travail de thèse décrit l'utilisation de complexes de platine(II) dans les diodes électroluminescentes organiques (OLEDs). Ces complexes ([Pt(II) (tetra-tert-butylSalophen)] et [Pt(II) Salophen]) ont été caractérisés par les méthodes usuelles (1H RMN, spectroscopie UV-visible, électrochimie, diffraction des rayons X pour le [Pt(II) (tetra-tert-butylSalophen)]). Des calculs DFT ont corroboré les données expérimentales qui ont guidé le choix du Tris(8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3) en tant que matrice. Des dispositifs bistables, susceptibles d'être utilisés en tant que mémoires, ont été obtenus lors du dopage, à 5%, d'OLEDs monocouches. La modulation de ce phénomène par l'ajout d'une couche de N,N'-Di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine (NPD) d'épaisseur contrôlée, a été mis en évidence. Des OLEDs bicouches (NPD/Alq3:Pt) émettant dans la gamme spectrale 640-750 nm (rouge profond), et présentant des rendements supérieurs à 20 %, ont ainsi été réalisées. En dopant la couche de NPD, des OLED jaunes présentant un comportement électro-chromatique ont été élaborées. Sous l'effet du dopage par ces complexes, l'augmentation de la durée de vie des OLEDs a aussi été démontrée. / This thesis describes the integration of platinum(II) complexes within organic light emitting diodes (OLEDs). These complexes ([Pt(II) (tetra-tert-butylSalophen)] and [Pt(II) Salophen]) were characterized by the usual methods ( 1H NMR, UV-Vis spectroscopy, electrochemistry and X-ray diffraction for [Pt(II) (tetra-tert-butylSalophen)]). DFT calculations support the experimental data which guided the selection of Tris(8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3)as host. 5% doping in monolayer OLEDs gave bistable devices which may be used as memory. Modulation of this phenomenon was allowed by adding a controlled layer of N,N'-Di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine (NPD). Bilayer OLEDs (NPD/Alq3:Pt) were shown to emit in the deep-red range between 640-750nm with efficiencies higher than 20%. Upon doping with complexes, an enhancement in the lifetime of OLEDs was highlighted.

Este trabalho foi dividido em duas partes, sendo que na primeira (PARTE A) estão apresentadas as sínteses dos polímeros PPV, Cl-PPV, Br-PPV e dos co-polímeros (Cl-PPV)m / (PPV)n e (Br-PPV)m / (PPV)n nas seguintes relações m:n de 30:70; 50:50 e 70:30. Estes polímeros foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho, UV-Visível e emissão de fluorescência. As modificações causadas nos polímeros, devido a dopagem com vapor de iodo e solução de cloreto férrico 0,12M em nitrometano também foram estudadas por estas mesmas técnicas. O acompanhamento da dopagem do PPV com vapor de iodo permitiu fazer a atribuição das bandas polarônicas e bipolarônicas por espectroscopia óptica. Também foram feitas medidas de voltametria cíclica que permitiram avaliar parâmetros eletrônicos importantes destes polímeros, tais como a Afinidade Eletrônica (HOMO), Potencial de Ionização (LUMO) e o GAP que é a diferença entre esses dois níveis de energia. Os co-polímeros apresentaram valores de energia do GAP menores que o PPV e níveis de energia de HOMO e de LUMO que podem ser apropriados para a utilização destes materiais em dispositivos eletroluminescentes (LED). Na PARTE B está apresentada a síntese de um composto inédito o 4- (2-fenoxi-p-xileno)-N-metil-1,8-naftalimida aqui chamado de NPOX. A caracterização do NPOX foi feita por espectroscopia de ressonância magnética v nuclear de próton (RMN 1H), espectrometria de massas (CG/MS), UV-Vis e Emissão de Fluorescência. O NPOX é solúvel em clorofórmio, que quando evaporado promove a formação de um filme transparente. Este filme tem emissão de fluorescência em 456 nm sendo excitado em 363 nm O filme também apresentou um comportamento semelhante a dos diodos demonstrado pela medida elétrica de corrente versus potencial (curva I x V). Estas propriedades abrem a possibilidade da utilização do NPOX como camada ativa, com emissão no azul, em OLED (Dispositivos Eletroluminescentes Orgânicos). / This work was separated in two parts, in the first, called PART A, the synthesis of the polymers PPV, Cl-PPV, Br-PPV and of the co-polymers (Cl-PPV)m / (PPV)n and (Br-PPV)m / (PPV)n in the following relationships m:n of 30:70; 50:50 and 70:30 are presented. These polymers were characterized by infrared spectroscopy, UVvisible and fluorescence emission. The modifications caused in the polymers due to the doping with iodine vapor and 0,12M ferric chloride in nitrometano solution were studied also by these same techniques. The doping of PPV with iodine vapor have been monitored by optical spectroscopy allowing us to do the attribution of the polaronic and bipolaronic bands. Measurements of cyclic voltametry revealed important electric properties of these polymers, such as the Electronic Affinity (HOMO), Ionization Potential (LUMO) and \" GAP \" that is the difference between those two energy levels. The co-polymers presented smaller values of GAP than PPV and HOMO and of LUMO energy levels that can be appropriate to the use these materials in Light-Emitting Devices (LED). In PARTE B, the synthesis of an unpublished compound is presented, the 4-(2-fenoxi-p-xileno)-N-methyl-1,8-naftalimida, here called as NPOX. The characterization of NPOX was made by of nuclear magnetic resonance of proton vii spectroscopy (1H NMR), Gas Cromatography/ Mass Spectrometry (GC/MS), UVVisible and Fluorescence Emission spectroscopy. NPOX is soluble in chloroform that when evaporated it promotes in a transparent film formation. This film has fluorescence emission in 456 nm when excited in 363 nm. The film also showed a similar behavior as diodes that was demonstrated by the electric measurement of current versus potential (I x V curve). These properties open the possibility of the use of NPOX as activate layer, with emission in the blue region, in OLED (Organic Light- Emitting Devices).