Les polymères 7t-conjugués possèdent des propriétés mécaniques et électro-optiques qui valorisent leur utilisation versus celle des matériaux inorganiques dans plusieurs dispositifs. La fabrication de diodes électroluminescentes à base de polymères (DELP) est un exemple de dispositifs qui pourraient profiter avantageusement du faible coût de mise en œuvre et de la grande flexibilité de ces matériaux. La principale application visée étant la fabrication d'écrans à affichage polychrome, l'obtention des trois couleurs primaires, soit le rouge, le vert et le bleu, est primordiale. Les recherches pour élaborer une classe de polymères capables de générer ces couleurs par modulation chimique sont donc d'actualité. Bien que les polymères à base d'unités 2,7-fiuorène remplissent cette condition, ils démontrent un problème d'instabilité optique qui affecte leur émission dans la région du bleu. Une alternative à ce problème pourrait résider dans la synthèse de polymères à base d'unités 2,7-carbazole. En effet, la structure du groupement carbazole diffère légèrement de celle du groupement fluorène, ce qui laisse croire que la réaction d'oxydation à l'origine du changement d'émission pourrait être moins favorisée tout en gardant la capacité de modulation. Le meilleur candidat obtenu jusqu'ici dans le laboratoire est le PCMEHP, un copolymère à base d'unité iV-éthylhexyl-2,7-carbazole et d'unité 4-(2'- éthylhexyloxy)anisole. Cependant, l'intégration de groupements électro-attracteurs semble nécessaire à l'obtention d'un polymère électroluminescent bleu à base de 2,7-carbazole efficace. L'objectif de cette maîtrise était donc d'améliorer les performances de ce polymère en ajoutant des groupements transporteurs d'électrons à sa structure. Cette méthode a été choisie pour favoriser l'injection et le transport des charges négatives dans le matériau optiquement actif afin d'obtenir une diode efficace de configuration monocouche. Deux différents groupements déficients en électrons ont été testés, soient Toxadiazole et la triazole. Les dispositifs de diode obtenus à partir des polymères les plus solubles présentant une instabilité optique, une autre modification à la structure de polymère a été apportée. L'instabilité optique pouvait être causée par la formation d'excimères ou par une réaction de réticulation entre les positions 3 et 6 des unités carbazole. Ces positions ont donc été alkylées pour contrer ce problème. Les polymères possèdent des propriétés électro-optiques prometteuses.

Les diodes électroluminescentes (DELs) sont de bons candidats pour devenir les principales sources lumineuses étant donne leur bonne efficacité et leur longue durée de vie. Toutefois, un problème associe a l’usage des DELs est la dérive de couleur observé à différentes températures d’opération , courants et temps de vie. Le but du travail de maîtrise fut d’implémenter un algorithme de contrôle de la couleur qui utilise un détecteur de couleur. Deux algorithmes de calibrations des détecteurs furent développés. Les méthodes de calibration furent implémentées dans un algorithme de contrôle de DELs RGBA et RGBW. Le premier assure une bonne calibration pour une gamme de couleur près de la couleur visée. Le second algorithme développé permet de pouvoir lire la couleur pour toute la gamme de couleur accessible à la lampe, toutefois la précision obtenue est moins bonne que le premier algorithme. / Light emitting diodes (LEDs) are good candidates to become the main light sources of the future given their good efficiency and long life. However, a problem associated to the use of LEDs is the color shift observed at different temperatures, currents and lifetime. The purpose of this work was to implement a control algorithm that uses a color sensor as feedback. Two algorithms were developed to calibrate the detectors. The algorithms were implemented to control RGBA and RGBW LEDs. The first algorithm provides a good calibration for a restricted range of color near the calibration. The second algorithm gives good performances for the entire range of color available to the lamp, but it is less precise than the first algorithm.

Les diodes électroluminescentes ont le potentiel pour réduire considérablement la consommation électrique nécessaire pour l'éclairage. De plus, leur longue durée de vie laisse entrevoir des sources lumineuses ne nécessitant pas de remplacements fréquents. Par contre, plusieurs défis restent à régler si les diodes électroluminescentes veulent répondre aux promesses d'économie d'énergie et de longue durée de vie des fabricants. Il est donc nécessaire de réaliser des tests indépendants sur les diodes pour vérifier le bien-fondé de telles affirmations. Pour cela, trois tests de vieillissement accélérés ont été réalisés sur deux modèles de diodes et comparés à un échantillon témoin alimenté selon les recommandations des fabricants. L'objectif de ces tests est de vérifier l'effet sur les diodes d'un entreposage à température élevée et du fonctionnement avec un courant élevé incluant ou non un contrôle de température. Cela permet d'isoler l'effet des différents paramètres d'utilisation tout en étudiant si ceux-ci accélèrent la dégradation des propriétés des diodes électroluminescentes. Il appert que le mode de dégradation des diodes est différent pour chaque modèle, ce qui rend la mise en place d'un modèle global est difficilement envisageable.

Depuis quelques années, une révolution est en cours dans l'industrie des semiconducteurs de type III-V. Les composés azotés, comme le GaN et l'AlGaN ont permis l'apparition de nouvelles sources de lumière bleue, blanche et ultra-violette. Les sources blanches, plus particulièrement, possèdent un impressionnant potentiel commercial, car elles permettront de pénétrer l'immense marché de l'éclairage domestique et industriel. On peut déjà observer leur apparition dans l'industrie de l'automobile (éclairage de tableau de bord, phares de jour), de la signalisation routière (feux de circulation), et la téléphonie cellulaire (éclairage arrière des touches et de l'écran). En effet, les diodes électroluminescentes (DELs) blanches, fabriquées à base de GaN démontrent déjà une efficacité énergétique (en lumens/Watt) qui surpasse les technologies traditionnelles comme les ampoules incandescentes et les tubes fluorescents [IEA, 2006]. Cependant, plusieurs problèmes technologiques limitent l'efficacité des DELs, notamment l'expertise dans la fabrication du GaN. Il s'agit d'une technologie ayant une faible maturité notamment en comparaison avec les autres composés III-V à base de GaAs et InP utilisés traditionnellement dans les télécommunications. De plus, l'indice de réfraction élevé du matériau empêche plus de 93% des photons générés de s'échapper du dispositif, diminuant d'autant l'efficacité. Plusieurs méthodes d'optimisation de la luminosité des DELs sont disponibles dans la littérature. Le détachement du substrat et le collage de la diode à l'envers sur un matériau conducteur est une des méthodes exploitées. Ces méthodes, souvent trop dispendieuses à cause de leur complexité, ont néanmoins démontré un grand potentiel d'amélioration de l'efficacité des dispositifs à base de GaN. L'objectif du projet consiste à développer un procédé de fabrication de DELs bleues dans le but d'augmenter considérablement (x 3) l'intensité lumineuse émise par rapport à des approches de fabrication standard et en utilisant des approches de fabrication à faible coût. Ce document présente une revue de littérature du sujet, de ses problématiques, des objectifs de projet en cours et des méthodes à mettre en oeuvre pour les réaliser dans un délai prescrit.

Les diodes électroluminescentes hybrides organiques-inorganiques ou Quantum Dot- Light-Emitting Diodes (QD-LED) sont le parangon de dispositifs qui associeraient les propriétés semi-conductrices des matériaux organiques conjugués, ainsi que leur facilité de mise en oeuvre en couche mince, aux propriétés exceptionnelles (couleur accordable par la taille, bon rendement quantique de photoluminescence) des nanoparticules nanométriques de semi-conducteurs inorganiques, telles que CdSe/ZnS (TOPO). Diverses approches ont été explorées pour optimiser les QD-LEDs ; elles reposent sur la réalisation d'architectures diverses (uni, bi, tri couches) combinant matériaux organiques et QDs (en couche compacte ou dispersés dans une matrice), obtenues par diverses méthodes de dépôt (spin coating, tampon, impression jet d'encre). Dans ce travail de thèse, nous avons d'abord réalisé une structure originale sous forme de diodes comportant une couche hybride nanocomposite, obtenue en incorporant les QDs dans une matrice diélectrique de PMMA. Le but était de contrôler les flux de porteurs pour maximiser leur recombinaison sur les QDs. Les mesures des caractéristiques électriques, d'électro- et photoluminescence sont discutées, conjointement à des études de la morphologie des dépôts par AFM qui ont montré comment la microstructure dépendait des caractéristiques du, ou des, solvant(s) utilisé(s) pour le spin coating. D'une façon générale, les nanoparticules sont agrégées et la couche apparait inhomogène et rugueuse, ce qui permet des contacts entre les couches de transport. La faible électroluminescence résulterait de transferts d'excitation à partir d'états excités produits par les recombinaisons à ces endroits. Dans une seconde partie, nous avons déposé les QDs par spin coating à partir de solutions dans l'heptane, un solvant qui ne perturbe pas les couches organiques préalablement déposées. Les morphologies observées sont celles d'ilots compacts, avec des taux de couverture allant de 0 à 100%. La diminution, puis la disparition, de l'électroluminescence aux fortes couvertures confirme que l'émission des QDs provient exclusivement de transferts d'excitation à partir d'espèces excitées générées à l'interface organique-organique, en fonction de la nature des matériaux organiques. Les mécanismes d'injection des porteurs à la cathode, dépendant de la nature de celle-ci et de la couche de transport d'électrons, sont variables eux-aussi.

Ce travail de doctorat est dédié à l’étude des mécanismes régissant l’interaction lumière-matière dans des dispositifs optoélectroniques à base d’alliages (Al,Ga,In,)N. Diverses compositions de ces alliages sont assemblées en structures multicouches de matériaux d’épaisseurs nanométriques afin d’obtenir une émission à plus grande longueur d’onde que le bleu, couleur pour laquelle la technologie est mature depuis plus de vingt ans. Il s’agit de réaliser des émetteurs efficaces de lumière jaune, verte ou blanche (avec une approche alternative au pompage optique de luminophore par une diode bleue). Les solutions solides assemblées pour obtenir des émissions à grandes longueur d’onde sont à base de GaN et de Ga0.8In0.2N, matériaux pour lesquels les mailles cristallographiques sont désaccordées. Lorsqu’elles sont déposées sur un substrat ou un pseudo-substrat de GaN, matériau pour lequel les dopages n et p sont maitrisés et permettent l’injection électrique des porteurs, les tranches de Ga0.8In0.2N subissent de très fortes compressions dans leur plan de croissance et l’énergie élastique est relaxée par la formation de défauts délétères pour le rendement lumineux. Nous avons construit des hétéro-structures plus complexes en intercalant une couche complémentaire d’Al0.2Ga0.8N afin de réduire la densité d’énergie élastique globale. L’insertion de telles couches améliore la qualité cristalline et augmente leur rendement optique. Nous avons mesuré le rendement quantique interne en utilisant la spectroscopie de photoluminescence résolue en temps et une analyse des temps de déclins par une approche de type Lotka-Volterra des équations de recombinaison pour obtenir les taux de recombinaisons radiatifs et non-radiatifs. Nous avons montré quantitativement comment les champs électriques internes résultant du contraste de polarisation électrique aux interfaces et les recombinaisons non-radiatives de type Schockley-Read-Hall contribuent à définir le rendement quantique à faible densité d’excitations (optique ou électrique). L’objectif est l’obtention d’une émission spontanée intense pour une densité d’excitation modérée. Nous avons donc conduit une campagne d’expériences en variant l’intensité d’injection. Nous avons montré que l’effet Auger est le facteur dominant régissant la chute du rendement quantique interne sous fortes densités d’injection. Nous avons étudié diverses architectures à simple puits quantique ou à puits quantiques multiples émettant à des longueurs d’onde identiques pour quantifier l’influence spécifique de l’effet Stark confiné quantique. Nous avons corrélé l’apparition d’un seuil d’excitation au-delà duquel domine la recombinaison non-radiative de type Auger avec l’augmentation du temps de recombinaison radiative et de l’énergie de localisation des porteurs dans l’alliage inhomogène. Nous arrivons à la conclusion que la localisation des porteurs produite par le champ électrique aux interfaces et les fluctuations de la composition chimique de Ga0.8In0.2N contribuent de concert, facilitant l’interaction répulsive électron-électron et la recombinaison non-radiative Auger nnp. Nous avons montré que le modèle ABC permet de bien décrire la physique du phénomène si ses trois paramètres tiennent compte des effets d’écrantages sous injections modérées et des effets de remplissage de l’espace des phases sous fortes injections. Enfin, nous nous sommes écartés de l’étude des structures traditionnellement épitaxiées selon le plan polaire (0001) pour choisir des plans d’épitaxie semi-polaire (11-22). Dans ces conditions, il a été nécessaire de fabriquer des puits quantiques en Ga0.65In0.35N. Nous avons montré que la quasi-absence d’effet Stark confiné quantique augmente de manière très significative le seuil d’excitation au-delà duquel domine la recombinaison non-radiative de type Auger. Cette amélioration par rapport aux échantillons épitaxiés selon le plan (0001) est d’autant plus marquée que la longueur d’onde émise est grande. / Non renseigné

Depuis quelques années, on observe une demande croissante pour des aliments santé, goûteux, produits localement et disponibles en toutes saisons. En raison de la localisation nordique du Québec, un apport supplémentaire de lumière pour les cultures en serre est souhaitable pour l'atteinte d'une productivité élevée et de qualité. Chez la tomate, il a été récemment observé que la modification du spectre de lumière près des fruits peut améliorer la valeur nutritive des fruits. Afin d'évaluer le potentiel d'utilisation d'un éclairage artificiel (ÉA) intra-canopée sur l'accroissement de la qualité de la tomate de serre cultivée au Québec au printemps / été et en automne / hiver, neuf traitements d'ÉA ont été étudiés : bleu / rouge, bleu / rouge + bleu + rouge lointain, bleu / rouge + rouge lointain + bleu + rouge lointain, UV ; positionnement horizontal et vertical des lampes ; témoin (blocs complets, 9 traitements x 2 cultures x 4 répétions). Nos résultats ont démontré que l'utilisation d'un ÉA intra-canopée a permis d'augmenter significativement la biomasse fraîche (31 à 42 %) et sèche (34 à 50 %) des feuilles ainsi que la biomasse sèche des tiges (37 à 46 %). En comparaison des fruits témoins, le délai de maturation a été réduit sous un ÉA DEL de 3 à 7 jours alors que la masse fraîche des fruits a quant à elle été plus élevée de 30 à 42 % (P < 0,05). Le contenu en sucre des fruits soumis à un ÉA DEL et UV a été accru de 9 à 12 %, alors que la conductivité électrique et l'acidité titrable des fruits exposés à un ÉA UV a augmenté respectivement de 13 % et de 24 % (P < 0,05). Similairement, le contenu des fruits en vitamine C a augmenté de 17 à 22 % sous ÉA DEL par rapport aux fruits témoins, alors que l'acide coumarique-o-hexoside 2 a augmenté de 59 à 307 %. Une diminution de concentration par rapport aux fruits témoins (P < 0,05) a toutefois été observée pour l'acide coumaroylquinique (36 à 51 %), la phlorétine-c-diglycoside (28 à 47 %) et le K (11 à 19 %). En général, le positionnement des lampes a eu peu d'effet sur la qualité des fruits alors que la saison de culture a influencé l'effet des traitements d'ÉA sur la qualité des fruits. Cette étude a permis d'acquérir de nouvelles connaissances scientifiques de l'effet d'un ÉA DEL sur la qualité des fruits, contribuant ainsi au développement d'une nouvelle stratégie d'ÉA adaptée à notre climat.

Depuis quelques années, les diodes électroluminescentes polymères blanches (DELPB) ont attiré l'attention de la communauté scientifique en raison de leur potentiel pour des applications comme l'éclairage à l'état solide, les dispositifs d'affichage flexibles, le rétro-éclairage, etc. Ces dernières sont beaucoup plus attrayantes d'un point de vue industriel que les diodes organiques et inorganiques; elles possèdent un faible coût de production, une mise en oeuvre facilitée par l'impression à jets d'encre et elles peuvent être produites à grande échelle, rapidement. Pour obtenir une électroluminescence blanche, une stratégie commune est de doper un polymère hôte émettant une fluorescence bleue par des complexes phosphorescents rouges et verts. De cette manière, en effectuant un fin dosage des espèces métalliques et en utilisant le principe d'additivité des couleurs, on peut obtenir une lumière blanche. Bien que divers dérivés de poly(carbazole)s aient été synthétisés dans le passé à des fins d'électroluminescence, le but de ce projet de maîtrise était de prime abord fondamental. Il consistait à développer des poly(2,7-carbazole)s qui émettent une fluorescence bleue en plus de fonctionnaliser la position N du carbazole avec une chaîne alkyle ayant un ligand en bout de chaîne (pyridinyle, isocyano, thiophényle, carboxylate, etc.) Ces ligands ont été choisis en fonction de leur capacité à chélater certaines espèces inorganiques. La coordination et le dosage de ces fragments inorganiques émettant une phosphorescence rouge seront pris en charge par le groupe du professeur Pierre Harvey (Université de Sherbrooke). La chelation d'un cluster de cuivre C114I4, de complexes de [Ru(bpy)Cl]+ et de[M3(dppm)3(CO)]2+ à des dérivés de poly(2,7-carbazole)s n'a jamais été réalisée. Ce mémoire fait état des synthèses et des caractérisations des polymères hôtes non-chélatés dans le but de faire des DELPB.

L'objectif de ce projet est de créer un projecteur miniature à l'aide de diodes électroluminescentes et de fibres optiques pour éclairer un castelet (scène miniature). Un concentrateur parabolique composé est utilisé pour injecter la lumière provenant d'une diode à haute puissance (350 mA), de trois couleurs différentes, dans une fibre optique en polymère de 4,8 mm de diamètre. À la sortie de la fibre, il est possible d'utiliser une variété d'optiques différentes permettant de choisir la forme de sortie du faisceau. Un tel système permet de mélanger uniformément la lumière provenant de sources distinctes sans avoir des ombres multiples causées par la superposition de faisceaux. Les modélisations, par tracés de rayons, ont permis de concevoir un tel système. Par l'assemblage des composantes, la réalisation a démontré la faisabilité, à faible coût, d'un tel projecteur. La technique de mesure quantitative des couleurs et la méthode pour obtenir un mélange désiré sont également exposées. La puissance lumineuse au maximum d'intensité est de 2,1 lm/m2 à 80 cm de distance avec une divergence des rayons de 10°. De plus, trois diodes sont suffisantes pour reproduire la majorité du spectre des couleurs bien que l'indice de rendu de couleur obtenu ne soit que de 43,1. Conçu pour l'éclairage d'un castelet, ce projecteur pourrait être utilisé dans les musées, les expositions, mais aussi dans des lieux où l'électricité est un danger (présence d'eau, d'humidité, de produits inflammables ou explosifs). / The main goal of this project is to create a mini spotlight to light a puppets theatre with light emitting diodes and optical fibers. A compound parabolic concentrator is used to concentrate the light from a high powered diode (350 mA) in a polymer optical fiber of 4,8 mm in diameter. This diode has the particularity to have three colors integrated in one chip. Multiple interchangeable optical Systems are designed to be used at the end of the fiber depending on the function of the lightning device. The spotlight has to ability to reproduce, without having multiple shadows, ail existing colours that can be obtained by adding a filter in front of a white source. This lightning device was created by computer ray tracing. The real model built shows that this kind of spotlight can be produced with good results at a low cost. The method to calculate colours quantitatively is presented in this text. At maximum power, the projector gives 2,1 lm/m2 of luminous intensity at 80 cm and at 10° of divergence. The use of three different colours is enough to reproduce the majority of the visible spectral colours but the colour rendering index for the white point is only 43,1 with this System. This spotlight was created as a lighting device for a puppets theatre but can also be used in museums, exhibits or places where electricity can be dangerous (due to the presence of water, humidity or explosive or flammable products).

Les diodes électroluminescentes (LEDs) constituent de nouvelles solutions pour créer des luminaires plus robustes, ayant un meilleur rendement de conversion et plus respectueuses de l'environnement. Malgré les avantages indiscutables déjà obtenus aujourd'hui, ce type de luminaire présente encore quelques optimisations possibles et offre des possibilités de fonctionnalités multiples. A travers plusieurs campagnes de tests, l'auteur montre sur des LEDs du commerce, que les points d'optimisation non encore exploités dans les luminaires commerciaux. Ces LEDs ont ainsi été testés sur de larges plages de fonctionnement du point de vue photométrique, électrique mais aussi thermique pour connaitre la reproductibilité des résultats obtenus. Ainsi les influences des conditions d'utilisation notamment en température de fonctionnement et niveaux de courant d'alimentation ont été étudiées. Pour dimensionner au mieux une alimentation électrique spécifique, une recherche de modèles de LED élémentaires a été effectuée. L'objectif est que les modèles tiennent compte des principaux paramètres mais soit suffisamment simple pour être inséré dans un environnement système afin de simuler le luminaire dans son environnement complet. Ainsi, l'étude comparative de plusieurs associations de LEDs a été effectuée permettant d'en déduire des compromis pour proposer de nouvelles solutions faibles consommatrices d'énergie à coût réduit incluant de nouveaux types d'alimentation. / Light emitting diodes (LEDs) bring new possibilities to get luminaires more robust with an improved efficiency and more environmentally respectfull. Despite the benefits already achieved today, this type of luminaire still presents some possible optimizations and provides opportunities for multiple features. Through several tests, the author shows on LEDs in market that optimization points are not operated in commercial luminaires. These LEDs have been tested over a wide range of operation in photometric, electrical but also thermal to know the reproducibility of the results. Thus the influences of operating conditions including operating temperature and supply current levels were studied. To design a specific power supply for each LED type, a search of elementary LED models was performed. The objective is to take into account the main parameters of the models but also to be enough simple to be inserted into a system environment to simulate the luminaire in whole environment. Thus, the comparative study of several associations of LEDs was conducted to deduce the best compromise and propose new solutions to reduce energy consumptions and production costs, including new types of power supply.