Les PeLEDs bleues : un potentiel inexploité dans l’industrie de l’affichage

Au cours des dernières années, les diodes électroluminescentes (LED) basées sur des matériaux de pérovskite ont connu une progression significative. Les avantages de ces matériaux, notamment leur processus de production simple, leur large gamme de couleurs, leur grande pureté de couleur et leur faible coût, ont facilité le développement d’appareils PeLED rouges et verts efficaces, dont l’efficacité dépasse actuellement 25%.

Par conséquent, les PeLED sont devenues l’une des technologies d’affichage de la prochaine génération les plus prometteuses. Cependant, la réalisation réussie de cette nouvelle technologie d’affichage repose sur la capacité des LED rouges, vertes et bleues (RGB) à répondre aux normes de performance requises.

Les défis des PeLED bleues

Comparativement aux PeLED rouges et vertes (R et G), les PeLED bleues (B) ont montré une progression plus lente. L’efficacité des dispositifs PeLED bleus satisfaisant aux exigences d’affichage reste de seulement 10%, bien en dessous de celle de leurs homologues rouges et verts.

La stabilité des dispositifs PeLED bleus est par ailleurs insuffisante, ce qui entrave l’application pratique de la nouvelle technologie PeLED dans l’industrie de l’affichage.

Les voies techniques vers les pérovskites bleues

En utilisant l’ingénierie compositionnelle sur les pérovskites avec des structures cristallines ABX3, la composition élémentaire ou moléculaire, et le ratio des sites A, B, et X peuvent être finement ajustés. Cet ajustement entraîne un élargissement efficace de la bande interdite en manipulant les bandes de valence et de conduction dans la structure de bande, permettant ainsi l’émission bleue.

Les structures cristallines quasi-2D, 2D, et 1D des pérovskites peuvent être obtenues en substituant de petits cations sur le site A par des cations à chaîne longue plus grands. En utilisant l’effet de domaine confiné quantique, la bande interdite des matériaux de pérovskite peut être efficacement élargie.

Un phénomène de cascade d’énergie se produit également dans les couches émettrices de pérovskite à faible dimension présentant des valeurs n mixtes. Par conséquent, le contrôle de la distribution et du contenu des valeurs n dans les pérovskites à faible dimension est crucial.

La réduction des matériaux de pérovskite à l’échelle nanométrique (c’est-à-dire, les nanocristaux de pérovskite) est une autre approche prometteuse pour réaliser l’émission de lumière bleue. Les ligands de surface nécessaires à la synthèse des nanocristaux sont des facteurs cruciaux influençant leur taille, leur rendement, et leur qualité. Par conséquent, le développement et l’optimisation des ligands de surface à haute adaptabilité représentent une direction technique vitale pour obtenir l’émission de lumière bleue et améliorer l’efficacité du dispositif.

En synthèse

En tenant compte des différents problèmes de stabilité causés par les trois différentes voies techniques des pérovskites bleues, les auteurs de l’étude a indiquent les éléments suivants :

« Sur la base de la compréhension des pérovskites bleues et des dispositifs PeLED associés, nous avons proposé la structure idéale future de la couche active de pérovskite bleue, la configuration du dispositif PeLED bleu, et les méthodes de traitement. Nous considérons que la croissance in situ de structures de nanoplaquettes de pérovskite à faible dimension par la méthode de Synthèse-sur-Substrat augmentera la probabilité de recombinaison de radiation de porteur et augmentera la zone d’injection de trous, réalisant une percée dans l’efficacité des dispositifs PeLED bleus. »

« Les dispositifs PeLED bleus avec une émission purement bleue à ~465 nm sont encore loin derrière leurs homologues verts et rouges pour les applications d’affichage, et les émetteurs bleus de pérovskite de haute qualité sont considérés comme la partie la plus importante qui nécessite plus d’efforts. Nous croyons que ce travail donnera des orientations détaillées pour le développement futur des émetteurs de pérovskite bleue et donnera de l’inspiration aux candidats pour les affichages tout-pérovskite à travers la communauté LED. »

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que les PeLEDs ?

Les PeLEDs, ou diodes électroluminescentes basées sur des matériaux de pérovskite, sont une technologie d’affichage de la prochaine génération. Elles sont appréciées pour leur processus de production simple, leur large gamme de couleurs, leur grande pureté de couleur et leur faible coût.

Pourquoi les PeLEDs bleues sont-elles en retard par rapport aux rouges et aux vertes ?

Les PeLEDs bleues ont montré une progression plus lente que leurs homologues rouges et vertes. Leur efficacité reste de seulement 10%, bien en dessous de celle des PeLEDs rouges et vertes. De plus, leur stabilité est insuffisante, ce qui entrave leur application pratique dans l’industrie de l’affichage.

Quelles sont les trois principales voies techniques vers les pérovskites bleues ?

Les trois principales voies techniques vers les pérovskites bleues sont l’ingénierie compositionnelle, le contrôle dimensionnel et le confinement de taille. Ces techniques permettent d’élargir efficacement la bande interdite des matériaux de pérovskite, permettant ainsi l’émission bleue.

Qu’est-ce que la méthode de Synthèse-sur-Substrat ?

La méthode de Synthèse-sur-Substrat est une technique qui permet la croissance in situ de structures de nanoplaquettes de pérovskite à faible dimension. Cette méthode augmente la probabilité de recombinaison de radiation de porteur et augmente la zone d’injection de trous, ce qui pourrait permettre une percée dans l’efficacité des dispositifs PeLED bleus.

Quels sont les défis à relever pour les PeLEDs bleues ?

Les PeLEDs bleues doivent encore surmonter plusieurs défis avant de pouvoir être utilisées dans les applications d’affichage. Elles doivent améliorer leur efficacité et leur stabilité, et des efforts supplémentaires sont nécessaires pour développer des émetteurs de pérovskite bleue de haute qualité.

Dans un nouvel article publié dans Light Science & Application, une équipe de scientifiques, dirigée par le Dr Xiaoyu Yang, le Prof. Xinqiang Wang, et M. Changjun Lu de Leyard Optoelectronic Co., Ltd, Chine, School of Physics, Peking University, Chine, et leurs collaborateurs ont résumé de manière exhaustive les trois principales voies techniques (ingénierie compositionnelle, contrôle dimensionnel, confinement de taille) vers les pérovskites bleues et les dernières avancées des PeLED bleues.

Article : « Focus on perovskite emitters in blue light-emitting diodes » – DOI:10.1038/s41377-023-01206-2