Les lumières LED sont devenues des solutions d'éclairage omniprésentes pour les maisons et les entreprises, mais lorsqu'il s'agit de grands écrans haute résolution, les LED traditionnelles présentent des inconvénients documentés. Les écrans LED utilisent une haute tension et un facteur appelé efficacité de conversion de puissance interne est faible, ce qui signifie que les coûts énergétiques pour faire fonctionner les écrans sont élevés, que les écrans ne durent pas aussi longtemps et qu'ils peuvent chauffer trop.

Dans un article publié dans Nano Research , les chercheurs décrivent comment une avancée technologique appelée points quantiques pourrait être la solution à certains de ces défis. Les points quantiques sont de minuscules cristaux artificiels qui agissent comme des semi-conducteurs. En raison de leur taille, ils ont des propriétés uniques qui peuvent les rendre utiles dans la technologie d'affichage.

"Les LED traditionnelles ont réussi dans des domaines tels que l'affichage, l'éclairage et les communications optiques. Cependant, la technique utilisée pour acquérir des matériaux et des dispositifs semi-conducteurs de haute qualité est très énergivore et coûteuse", a déclaré le professeur adjoint Xing Lin du College of Sciences de l'information et génie électronique à l'Université du Zhejiang. "Le point quantique colloïdal offre un moyen rentable de construire des LED hautes performances en utilisant des techniques de traitement de solution peu coûteuses et des matériaux de qualité chimique. De plus, en tant que matériau inorganique, le point quantique colloïdal surpasse les semi-conducteurs organiques émissifs en termes de stabilité de fonctionnement à long terme."

Tous les écrans LED sont constitués de plusieurs couches. L'une des couches les plus importantes est la couche émissive, où l'énergie électrique devient une lumière colorée. Les chercheurs ont utilisé une seule couche de points quantiques pour la couche émissive. Typiquement, la couche émissive de points quantiques colloïdaux est une source de perte de tension car la conductivité du solide de points quantiques colloïdaux est médiocre. En utilisant des points quantiques monocouches comme couche émissive, les chercheurs pensent qu'ils peuvent réduire la tension au maximum pour alimenter ces écrans.

Une autre caractéristique des points quantiques qui les rend idéaux pour une utilisation dans les LED est qu'ils peuvent être fabriqués sans aucun défaut qui affecterait leur efficacité. Les points quantiques peuvent être conçus sans impuretés ni défauts de surface. "Les LED à points quantiques (QLED) peuvent atteindre une efficacité de conversion de puissance interne proche de l'unité à des densités de courant adaptées aux applications d'affichage et d'éclairage. Les LED traditionnelles, basées sur des semi-conducteurs à croissance épitaxiale, présentent une réduction importante de l'efficacité dans la même plage de densité de courant. provient de la nature sans défaut des points quantiques de haute qualité », a déclaré Lin.

Le coût relativement faible de la production de couches émissives avec des points quantiques et la capacité d'améliorer l'efficacité d'extraction de la lumière des QLED à l'aide de techniques d'ingénierie optique, les chercheurs soupçonnent que les QLED peuvent être une amélioration efficace par rapport aux LED traditionnelles pour l'éclairage, les écrans et au-delà. Mais il reste encore des recherches à faire et les QLED, telles qu'elles sont actuellement, présentent des inconvénients qui doivent être surmontés avant de pouvoir être largement adoptées.

"Notre travail démontre que l'énergie thermique peut être extraite pour augmenter l'efficacité de la conversion de puissance électrique en puissance optique", a déclaré Lin. "However, the device performance at present stage is far from ideal in the sense of relatively high operating voltage and low current densities. These weaknesses can be overcome by seeking better charge transport material and engineering the interface between charge transport and quantum dot layers. The ultimate goal—achieving electroluminescence cooling devices—should be possible based on QLEDs." + Explorer plus loin

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