Des chercheurs de Hong Kong ont relevé un défi majeur dans le domaine des technologies d’affichage en inventant les LED à barres quantiques (QRLED) les plus lumineuses et les plus économes en énergie au monde. Ces QRLED de nouvelle génération offrent une émission verte profonde optimisée au sommet du triangle chromatique, permettant ainsi d’obtenir des écrans d’une pureté de couleur sans précédent et d’une gamme de couleurs maximisée. Avec une durée de vie plus longue et une luminosité trois fois supérieure à celle des modèles précédents, ces sources lumineuses de pointe offrent des images ultra-vives et écoénergétiques pour les smartphones, les téléviseurs et les appareils de réalité augmentée/virtuelle, tout en améliorant encore les performances chromatiques.
Les diodes électroluminescentes (LED) sont largement utilisées dans les produits électroniques depuis des décennies. Les récentes avancées dans le domaine des matériaux quantiques ont donné naissance aux LED à points quantiques (QLED) et aux QRLED. Ces deux technologies offrent des bandes passantes d’émission étroites et une grande pureté des couleurs, surpassant les LED traditionnelles. Parmi celles-ci, les QRLED se distinguent par leur plus grande efficacité de couplage lumineux. Cependant, les QRLED sont confrontées à des défis : leur émission verte est moins performante que celle des QLED en raison d’une injection de charge inefficace, de fuites d’électrons aux interfaces et d’obstacles structurels tels que des coques isolantes épaisses et de longs ligands organiques (molécules attachées à la surface d’un nanobâtonnet) qui entravent le transport et la stabilité des charges.
Pour remédier à ces problèmes, l’équipe dirigée par le professeur Abhishek K. SRIVASTAVA, professeur associé au département d’ingénierie électronique et informatique de la faculté d’ingénierie de l’Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST), a mis au point une nouvelle catégorie de nanobâtonnets quantiques à émission verte, dotés d’une structure en alliage à gradient de cœur personnalisée avec une épaisseur de coque externe minimisée. Cette conception permet d’obtenir une émission vert foncé très lumineuse (515 – 525 nm) au sommet du triangle chromatique, maximisant ainsi la gamme de couleurs affichées. L’équipe a également conçu des bâtonnets présentant une morphologie uniforme et lisse et une longueur plus courte, ce qui permet un empilement dense et sans vide du film. D’autres innovations comprennent des ligands organiques plus courts et une couche de transport de trous à double couche, qui améliorent collectivement l’équilibre des charges et suppriment les fuites d’électrons afin d’augmenter l’efficacité et la stabilité.
« Nous avons réussi à développer des QRLED à émission verte remarquablement efficaces et lumineux en concevant avec précision la composition, la morphologie, la forme et la structure des ligands des bâtonnets quantiques, parallèlement à l’ingénierie rationnelle de la couche de transport de trous du dispositif », a indiqué le professeur Srivastava, auteur correspondant de l’article.
Cette invention a atteint des performances élevées dans les domaines suivants :
Efficacité record : transformation de l’électricité en lumière plus efficace que jamais, avec un rendement quantique externe (EQE) de 24 % contre 22 % pour les anciens modèles.
Luminosité par énergie inégalée : production de 89 cd A⁻¹ (candelas par ampère), une mesure de la luminosité par unité d’énergie, surpassant tous les QRLED existants.
Sortie ultra-lumineuse : brille 3 fois plus que les anciennes LED vertes, atteignant une luminance maximale supérieure à 500 000 cd m⁻².
Saut en termes de longévité : a démontré une stabilité opérationnelle supérieure à 22 000 heures, positionnant la technologie pour des applications d’affichage commercial.
« Nos travaux démontrent qu’un contrôle minutieux de la composition des nanorods et de l’ingénierie des interfaces peut conduire à des avancées révolutionnaires en matière de performances optoélectroniques. Cela ouvre la voie à des écrans haute résolution et économes en énergie, avec une luminosité et une longévité sans précédent », a conclu le professeur Srivastava.
Article : « Highly Efficient and Stable Green Quantum Rod LEDs Enabled by Material and Charge Injection Engineering » – DOI : 10.1002/adma.202503476
