Les ingénieurs chimistes de l'ETH ont produit le vert le plus pur avec une diode électroluminescente. C'est une bonne nouvelle pour les écrans de télévision. Crédit :Sudhir Kumar / ETH Zurich
Les ingénieurs chimistes de l'ETH Zurich ont réussi pour la première fois à générer un feu vert ultra-pur. La nouvelle diode électroluminescente ouvrira la voie à une qualité de couleur visiblement améliorée dans une nouvelle génération d'écrans ultra-haute définition pour téléviseurs et smartphones.
Chih-Jen Shih est très satisfait de sa percée :« À ce jour, personne n'a réussi à produire un feu vert aussi pur que nous, " dit le professeur de génie chimique dans son laboratoire du campus de Hönggerberg. Il montre du doigt un boîtier ultra-mince, diode électroluminescente (LED) pliable, qui affiche les trois lettres "ETH" dans une fine teinte de vert vif.
Les progrès de Shih sont significatifs, en particulier en ce qui concerne la prochaine génération d'écrans ultra-haute résolution utilisés pour les téléviseurs et les smartphones. Les appareils électroniques doivent d'abord être capables de produire du rouge ultra-pur, lumière bleue et verte afin de permettre à la prochaine génération d'écrans d'afficher des images plus claires, plus nette, plus riche en détails et avec une gamme de couleurs plus raffinée. Pour la plupart, c'est déjà possible pour la lumière rouge et bleue; lumière verte, cependant, atteint jusqu'ici les limites de la technologie.
Cela est dû principalement à la perception humaine, puisque l'œil est capable de distinguer des teintes vertes plus intermédiaires que des teintes rouges ou bleues. « Cela rend la production technique de vert ultra-pur très complexe, ce qui nous crée des défis en matière de développement de technologies et de matériaux, " dit Sudhir Kumar, co-auteur principal du rapport.
Jusqu'à 99 % de vert ultra-pur
La référence à la norme Rec.2020 montre clairement à quel point le feu ultra-vert de Shih a progressé dans le développement de la prochaine génération d'écrans. La norme internationale définit les exigences techniques pour les écrans ultra-haute résolution (appelés « Ultra HD ») et fournit un cadre pour la recherche et le développement ultérieurs. Les exigences comprennent également une amélioration de la qualité des couleurs visible à l'œil nu. La norme fournit l'échelle de couleurs qu'un écran peut reproduire et donc une gamme plus large de teintes de couleurs.
Personne n'a réussi à produire un feu vert aussi pur que les ingénieurs chimiques de l'ETH. Crédit :Sudhir Kumar, Jakub Jagielski
Le vert ultra-pur joue un rôle clé dans l'extension de la gamme de couleurs, ou gamme. Finalement, de nouvelles teintes sont créées grâce au mélange technique de trois couleurs de base :rouge, bleu et vert. Plus les couleurs de base sont pures, plus la gamme de teintes qu'un écran peut afficher est large. La nouvelle LED de Shih est conforme à 97 à 99% de la Rec. Norme 2020. Par comparaison, les écrans de télévision couleur les plus purs actuellement disponibles sur le marché ne couvrent en moyenne que 73,11 à 77,72 pour cent; aucun ne dépasse 80 pour cent.
Peu coûteux, technologie LED productible
Wendelin Stark, Professeur ETH de Génie des Matériaux Fonctionnels, avec des chercheurs de Corée du Sud et de Taïwan, également contribué aux résultats du projet, qui ont été publiés dans la revue scientifique Lettres nano . Shih a non seulement fait une percée en termes de résultats, mais aussi dans le matériel et la méthode. Lui et ses collègues ont effectivement développé un ultra-mince, diode électroluminescente pliable capable d'émettre une lumière verte pure à l'aide de processus simples à température ambiante. Shih dit que c'est le deuxième aspect de sa percée et qu'il est au moins tout aussi important, car jusqu'à présent, des processus à haute température étaient nécessaires pour produire une lumière pure avec la technologie LED. "Parce que nous avons pu réaliser l'ensemble du processus à température ambiante, nous avons ouvert des opportunités pour le simple, production industrielle à faible coût de diodes électroluminescentes ultra-vertes dans le futur, " dit Jakub Jagielski, co-auteur principal du rapport.
Plus précisement, Shih et son équipe ont utilisé des nanomatériaux pour développer davantage la technologie LED. Une diode électroluminescente contient généralement un cristal semi-conducteur qui convertit le courant électrique qui la traverse en lumière rayonnante. La matière première est généralement du nitrure d'indium et de gallium (InGaN); cependant, ce matériau n'a pas les propriétés idéales pour la production de lumière verte ultra-pure. L'équipe de Shih a donc utilisé de la pérovskite, un matériau qui est également utilisé dans la fabrication de cellules solaires et qui peut convertir l'électricité en lumière de manière relativement efficace. Il est également peu coûteux et contribue à rendre le processus de fabrication simple et rapide - il ne faut qu'une demi-heure pour nettoyer chimiquement la pérovskite et la rendre prête à l'emploi, dit Shih.
Le matériau pérovskite de la diode électroluminescente de Shih a une épaisseur minuscule de 4,8 nanomètres. C'est un facteur important, puisque la qualité de la couleur dépend de l'épaisseur et de la forme du nanocristal utilisé. Afin d'atteindre le vert pur souhaité, les cristaux ne doivent pas être plus épais ou plus fins. Ces flexibles, les diodes électroluminescentes ultrafines sont aussi pliables qu'une feuille de papier. D'où, ils peuvent être produits à moindre coût et rapidement en utilisant par exemple le procédé roll-to-roll existant. Shih dit que cela profitera également à la production industrielle à l'avenir.
Prochaine étape :améliorer l'efficacité
Cependant, il faudra encore du temps avant de voir apparaître la première application industrielle des diodes électroluminescentes ultra-vertes. La prochaine étape pour Shih est d'abord d'améliorer l'efficacité. Aujourd'hui, sa LED fonctionne à 3% d'efficacité lors de la conversion de l'électricité en lumière; en comparaison, Les écrans de télévision actuellement disponibles sur le marché ont des valeurs d'efficacité de 5 à 10 pour cent. Shih espère que la prochaine version sera 6 à 7 % plus efficace. Il voit également un potentiel d'amélioration de la durée de vie de sa diode électroluminescente. Actuellement, il éclaire pendant environ deux heures, alors que les écrans disponibles sur le marché devraient fonctionner pendant de nombreuses années.
