Un prototype de diode électroluminescente aussi fine que du papier peint

Les ampoules se présentent sous de nombreuses formes et styles : globes, torsades, bouts de bougie en forme de flamme et longs tubes. Mais il n’y a pas beaucoup d’options fines. Aujourd’hui, des chercheurs rapportent qu’ils ont créé une LED fine comme du papier qui émet une lueur chaude, semblable à celle du soleil. Ces LEDs pourraient éclairer la prochaine génération d’écrans de téléphone et d’ordinateur, ainsi que d’autres sources de lumière, tout en aidant les utilisateurs à ne pas perturber leur sommeil.

« Ce travail démontre la faisabilité de LED à points quantiques ultra-minces et de grande surface qui correspondent étroitement au spectre solaire », indique Xianghua Wang, auteur correspondant de l’étude. « Ces dispositifs pourraient permettre la création d’écrans de nouvelle génération respectueux des yeux, d’un éclairage intérieur adaptatif et même de sources à longueur d’onde réglable pour des applications horticoles ou de bien-être. »

Les gens veulent un éclairage intérieur qui semble naturel et crée une atmosphère confortable. Les chercheurs précédents y sont parvenus grâce à des LED flexibles contenant des colorants phosphorescents rouges et jaunes qui produisaient une lueur semblable à celle d’une bougie. Les points quantiques, qui convertissent l’énergie électrique en lumière colorée, constituent une alternative aux colorants luminescents.

D’autres équipes ont utilisé des points quantiques pour créer des LED blanches, mais elles ont eu du mal à reproduire le spectre complet des couleurs qui composent la lumière blanche du soleil, en particulier dans les longueurs d’onde jaunes et vertes où elle brille le plus fortement. Lei Chen et ses collègues ont donc voulu développer des points quantiques qui imiteraient la lueur naturelle souhaitée lorsqu’ils sont incorporés dans une LED à points quantiques blancs (QLED) mince. En collaboration, un groupe de recherche dirigé par Wang a proposé une stratégie pour des matériaux minces conducteurs d’électricité fonctionnant à une tension modérément basse.

Les chercheurs ont d’abord synthétisé des points quantiques rouges, jaune-verts et bleus enveloppés dans des coques de zinc-soufre et ont trouvé le rapport des trois couleurs qui produisait un spectre d’émission le plus proche de la lumière du soleil. Ils ont ensuite construit une QLED sur un substrat en verre d’oxyde d’indium-étain, en déposant des couches de polymères électriquement conducteurs, le mélange de points quantiques, des particules d’oxyde métallique et enfin une couche d’aluminium ou d’argent. La couche de points quantiques n’avait que quelques dizaines de nanomètres d’épaisseur, soit beaucoup moins que les couches de conversion de couleur classiques, ce qui donnait à la QLED blanche finale une épaisseur similaire à celle d’un papier peint.

Lors des premiers tests, le QLED mince a donné les meilleurs résultats avec une alimentation électrique de 11,5 volts (V), émettant une lumière blanche chaude d’une intensité maximale. La lumière émise était plus intense dans les longueurs d’onde rouges et moins intense dans les longueurs d’onde bleues, ce qui est meilleur pour le sommeil et la santé oculaire, selon les chercheurs. Les objets éclairés par le QLED devraient apparaître proches de leurs couleurs réelles, avec un indice de rendu des couleurs supérieur à 92 %.

Au cours d’autres expériences, les chercheurs ont fabriqué 26 dispositifs QLED blancs, en utilisant les mêmes points quantiques mais des matériaux conducteurs d’électricité différents afin d’optimiser la tension de fonctionnement. Ces sources lumineuses ne nécessitaient que 8 V pour atteindre leur rendement lumineux maximal, et environ 80 % d’entre elles dépassaient la luminosité cible pour les écrans d’ordinateur.

Article : « Sunlike Full-Spectrum Electroluminescent White Light-Emitting Diodes Based on Cu(In,Ga)S₂ Quantum Dots Coated with Multiple ZnS Shells » – ACS Applied Materials & Interfaces – DOI : 10.1021/acsami.5c10632

Source : ACS