Les scientifiques de l'ETH ont développé la technologie QLED pour les écrans. Ils ont produit des sources lumineuses qui, pour la première fois, émettent une lumière de haute intensité dans une seule direction. Cela réduit les pertes de diffusion, ce qui rend la technologie extrêmement économe en énergie.

Les écrans QLED sont sur le marché depuis quelques années maintenant. Ils sont connus pour leur luminosité, couleurs intenses, qui sont produites à l'aide de ce que l'on appelle la technologie des points quantiques :QLED signifie diode électroluminescente à points quantiques. Des chercheurs de l'ETH Zurich ont maintenant développé une technologie qui augmente l'efficacité énergétique des QLED. En minimisant les pertes de diffusion de la lumière à l'intérieur des diodes, une plus grande proportion de la lumière générée est émise vers l'extérieur.

Les QLED classiques sont constituées d'une multitude de nanocristaux semi-conducteurs sphériques, connu sous le nom de points quantiques. Dans un écran, lorsque ces nanocristaux sont excités par derrière avec de la lumière UV, ils la convertissent en lumière colorée dans le domaine visible. La couleur de la lumière produite par chaque nanocristal dépend de la composition de son matériau.

Cependant, la lumière émise par ces nanocristaux sphériques se diffuse dans toutes les directions à l'intérieur de l'écran; seulement un cinquième environ se dirige vers le monde extérieur et est visible pour l'observateur. Pour augmenter l'efficacité énergétique de la technologie, les scientifiques tentent depuis des années de développer des nanocristaux qui n'émettent de la lumière que dans une seule direction (vers l'avant, vers l'observateur) – et quelques sources lumineuses de ce type existent déjà. Mais au lieu de cristaux sphériques, ces sources sont composées de nanoplaquettes ultrafines qui n'émettent de la lumière que dans une seule direction :perpendiculaire au plan de la plaquette.

Si ces nanoplaquettes sont disposées les unes à côté des autres en une couche, ils produisent une lumière relativement faible qui n'est pas suffisante pour les écrans. Pour augmenter l'intensité lumineuse, les scientifiques tentent de superposer plusieurs couches de ces plaquettes. Le problème avec cette approche est que les plaquettes commencent à interagir les unes avec les autres, avec pour résultat que la lumière est à nouveau émise non seulement dans une direction mais dans toutes les directions.

Empilés et isolés les uns des autres

Chih-Jen Shih, Professeur de chimie technique à l'ETH Zurich, et son équipe de chercheurs ont maintenant empilé des plaquettes semi-conductrices extrêmement fines (2,4 nanomètres) de manière à ce qu'elles soient séparées les unes des autres par une couche isolante encore plus fine (0,65 nanomètre) de molécules organiques. Cette couche empêche les interactions quantiques-physiques, ce qui signifie que les plaquettes émettent de la lumière principalement dans une seule direction, même lorsqu'il est empilé.

"Plus nous empilons de plaquettes les unes sur les autres, plus la lumière devient intense. Cela nous permet d'influencer l'intensité lumineuse sans perdre la direction d'émission préférée, " dit Jakub Jagielski, doctorant dans le groupe de Shih et premier auteur de l'étude publiée dans Communication Nature . C'est ainsi que les scientifiques ont réussi à produire un matériau qui, pour la première fois, émet une lumière de haute intensité dans une seule direction.

Lumière bleue très économe en énergie

En utilisant ce processus, les chercheurs ont produit des sources lumineuses pour le bleu, vert, lumière jaune et orange. Ils disent que la composante de couleur rouge, qui est également requis pour les écrans, ne peut pas encore être réalisé avec la nouvelle technologie.

Dans le cas de la lumière bleue nouvellement créée, environ les deux cinquièmes de la lumière générée atteignent l'œil de l'observateur, contre seulement un cinquième avec la technologie QLED conventionnelle. "Cela signifie que notre technologie ne nécessite que la moitié de l'énergie pour générer une lumière d'une intensité donnée, " dit le professeur Shih. Pour les autres couleurs, cependant, le gain d'efficacité obtenu jusqu'à présent est plus faible, les scientifiques mènent donc d'autres recherches en vue d'augmenter cela.

Par rapport aux LED classiques, la nouvelle technologie a un autre avantage, comme le soulignent les scientifiques :les nouvelles QLED empilées sont très faciles à produire en une seule étape. Il est également possible d'augmenter l'intensité des LED classiques en disposant plusieurs couches électroluminescentes les unes sur les autres; cependant, cela doit être fait couche par couche, ce qui rend la production plus complexe.