Les chercheurs ont démontré des diodes électroluminescentes (DEL) à base de nanomatériaux qui présentent une efficacité lumineuse record de 105 lumens par watt. L'efficacité lumineuse est une mesure de la façon dont une source lumineuse utilise l'énergie pour générer de la lumière. Avec le développement ultérieur, les nouvelles LED pourraient atteindre des rendements supérieurs à 200 lumens par watt, ce qui en fait une source d'éclairage écoénergétique prometteuse pour les maisons, bureaux et téléviseurs.

"Les LED efficaces ont un fort potentiel d'économie d'énergie et de protection de l'environnement, " a déclaré le responsable de la recherche Sedat Nizamoglu, Université de Koç, Turquie. « Remplacer les sources d'éclairage conventionnelles par des LED avec une efficacité de 200 lumens par watt réduirait de plus de moitié l'électricité mondiale consommée pour l'éclairage. Cette réduction est égale à l'électricité créée par 230 centrales au charbon typiques de 500 mégawatts et réduirait les émissions de gaz à effet de serre. de 200 millions de tonnes."

Les chercheurs décrivent comment ils ont créé les LED blanches à haute efficacité dans Optique , Le journal de l'Optical Society pour la recherche à fort impact. Les nouvelles LED utilisent des LED bleues disponibles dans le commerce combinées à des lentilles flexibles remplies d'une solution de particules semi-conductrices de taille nanométrique appelées points quantiques. La lumière de la LED bleue fait que les points quantiques émettent du vert et du rouge, qui se combine avec l'émission bleue pour créer une lumière blanche.

"Nos nouvelles LED ont atteint un niveau d'efficacité plus élevé que les autres LED blanches à base de points quantiques, " a déclaré Nizamoglu. " Les méthodes de synthèse et de fabrication pour fabriquer les points quantiques et les nouvelles LED sont faciles, bon marché et applicable à la production de masse.

Avantages des points quantiques

Pour créer de la lumière blanche avec les LED d'aujourd'hui, la lumière bleue et jaune sont combinées en ajoutant un revêtement à base de phosphore jaunâtre aux LED bleues. Parce que les luminophores ont une large plage d'émission, du bleu au rouge, il est difficile de régler avec sensibilité les propriétés de la lumière blanche générée.

Contrairement aux phosphores, les points quantiques génèrent des couleurs pures car ils n'émettent que dans une portion étroite du spectre. Cette émission étroite permet de créer une lumière blanche de haute qualité avec des températures de couleur et des propriétés optiques précises en combinant des points quantiques qui génèrent différentes couleurs avec une LED bleue. Les points quantiques présentent également l'avantage d'être faciles à réaliser et la couleur de leur émission peut être facilement modifiée en augmentant la taille de la particule semi-conductrice. De plus, les points quantiques peuvent être avantageusement utilisés pour générer des sources de lumière blanche chaude comme des ampoules à incandescence ou des sources blanches froides comme des lampes fluorescentes typiques en modifiant la concentration des points quantiques incorporés.

Bien que les points quantiques intégrés dans un film soient actuellement utilisés dans les téléviseurs LED, cette approche d'éclairage n'est pas adaptée à une utilisation généralisée dans les applications d'éclairage général. Le transfert des points quantiques dans un liquide a permis aux chercheurs de surmonter la baisse problématique d'efficacité qui se produit lorsque des nanomatériaux sont intégrés dans des polymères solides.

La fabrication de LED blanches efficaces nécessite des points quantiques qui convertissent efficacement la lumière bleue en rouge ou en vert. Les chercheurs ont réalisé plus de 300 réactions de synthèse pour identifier les meilleures conditions, telles que la température et la durée de la réaction, pour fabriquer des points quantiques qui émettent à différentes couleurs tout en présentant une efficacité optimale.

"Créer de la lumière blanche nécessite d'intégrer la quantité appropriée de points quantiques, et même si cela est accompli, il y a un nombre infini de bleu, combinaisons de vert et de rouge pouvant conduire au blanc, " a déclaré Nizamoglu. " Nous avons développé une simulation basée sur une approche théorique que nous avons récemment rapportée et l'avons utilisée pour déterminer les quantités appropriées et les meilleures combinaisons de couleurs de points quantiques pour une génération efficace de lumière blanche. "

Pour fabriquer les nouvelles LED, les chercheurs ont rempli l'espace entre une lentille polymère et une puce LED avec une solution de points quantiques qui ont été synthétisés en mélangeant du cadmium, sélénium, zinc et soufre à haute température. Les chercheurs ont utilisé un type de silicone pour fabriquer la lentille car son élasticité leur permettait d'injecter des solutions dans la lentille sans qu'aucune solution ne s'échappe, et la transparence du matériau a permis la transmission lumineuse nécessaire.

Les chercheurs ont montré que leurs LED blanches à base de liquide pouvaient atteindre une efficacité deux fois supérieure à celle des LED qui incorporent des points quantiques dans des films solides. Ils ont également fait la démonstration de leurs LED blanches en les utilisant pour éclairer un écran de 7 pouces.

« Les points quantiques sont très prometteurs pour des applications d'éclairage efficaces, " a déclaré Nizamoglu. " Il reste encore beaucoup de place pour le développement technologique qui générerait des approches plus efficaces de l'éclairage. "

Comme prochaine étape, les chercheurs s'efforcent d'augmenter l'efficacité des LED et souhaitent atteindre des niveaux d'efficacité élevés en utilisant des matériaux respectueux de l'environnement, sans cadmium ni plomb. Ils prévoient également d'étudier les LED liquides dans différentes conditions pour s'assurer qu'elles sont stables pour une application à long terme.