La nouvelle technologie des points quantiques bleus pourrait conduire à des écrans plus économes en énergie
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Les points quantiques sont des cristaux nanométriques capables d’émettre de la lumière de différentes couleurs. Les dispositifs d’affichage basés sur des points quantiques promettent une efficacité énergétique, une luminosité et une pureté des couleurs supérieures à celles des générations d’écrans précédentes. Parmi les trois couleurs généralement requises pour afficher des images en couleur – rouge, vert et bleu – la dernière s’est avérée difficile à produire. Une nouvelle méthode basée sur des structures chimiques auto-organisatrices offre une solution, et une technique d’imagerie de pointe pour visualiser ces nouveaux points quantiques bleus s’est avérée essentielle à leur création et à leur analyse.
Regardez attentivement l’écran de votre appareil et vous pourrez peut-être voir les éléments d’image individuels, les pixels, qui composent l’image. Les pixels peuvent apparaître dans presque toutes les couleurs, mais ils ne sont pas en fait le plus petit élément de votre écran car ils sont généralement constitués de sous-pixels rouges, verts et bleus. L’intensité variable de ces sous-pixels donne aux pixels individuels l’apparence d’une seule couleur parmi une palette de milliards. La technologie sous-jacente des sous-pixels a évolué depuis l’époque des premiers téléviseurs couleur, et il existe maintenant un certain nombre d’options possibles. Mais le prochain grand saut sera probablement ce que l’on appelle les diodes électroluminescentes à points quantiques, ou QD-LED.
Les écrans basés sur les QD-LED existent déjà, mais la technologie est encore en cours de maturation et les options actuelles présentent certains inconvénients, notamment en ce qui concerne les sous-pixels bleus qu’ils contiennent. Des trois couleurs primaires, les sous-pixels bleus sont les plus importants. Grâce à un processus appelé down-conversion, la lumière bleue est utilisée pour générer de la lumière verte et rouge. Pour cette raison, les points quantiques bleus nécessitent des paramètres physiques plus étroitement contrôlés. Cela signifie souvent que les points quantiques bleus sont très complexes et coûteux à produire, et que leur qualité est un facteur critique dans tout affichage. Mais maintenant, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Eiichi Nakamura du département de chimie de l’Université de Tokyo a une solution.
“Les stratégies de conception précédentes pour les points quantiques bleus étaient très descendantes, prenant des substances chimiques relativement volumineuses et les soumettant à une série de processus pour les affiner en quelque chose qui fonctionnait”, a déclaré Nakamura. “Notre stratégie est ascendante. Nous nous sommes appuyés sur les connaissances de notre équipe en matière de chimie auto-organisatrice pour contrôler avec précision les molécules jusqu’à ce qu’elles forment les structures que nous voulons. Pensez-y comme si vous construisiez une maison en briques plutôt que d’en tailler une en pierre. Il est beaucoup plus facile de soyez précis, concevez comme vous le souhaitez, et c’est aussi plus efficace et plus rentable.”
Mais ce n’est pas seulement la façon dont l’équipe de Nakamura a produit son point quantique bleu qui est spéciale ; lorsqu’il est exposé à la lumière ultraviolette, il produit une lumière bleue presque parfaite, selon la norme internationale de mesure de la précision des couleurs, connue sous le nom de BT.2020. Cela est dû à la composition chimique unique de leur point, un mélange hybride de composés organiques et inorganiques comprenant la pérovskite de plomb, l’acide malique et l’oléylamine. Et ce n’est que par l’auto-organisation que ceux-ci peuvent être cajolés dans la forme requise, qui est un cube de 64 atomes de plomb, quatre de côté.
“Étonnamment, l’un de nos plus grands défis a été de découvrir que l’acide malique était un élément clé de notre puzzle chimique. Il a fallu plus d’un an pour essayer méthodiquement différentes choses pour le trouver”, a déclaré Nakamura. « Peut-être moins surprenant est que notre autre défi principal était de déterminer la structure de notre point quantique bleu. À 2,4 nanomètres, 190 fois plus petit que la longueur d’onde de la lumière bleue que nous avons cherché à créer avec, la structure d’un point quantique ne peut pas être imagé par des moyens conventionnels. Nous nous sommes donc tournés vers un outil d’imagerie mis au point par certains membres de notre équipe, connu sous le nom de SMART-EM, ou “chimie cinématographique” comme nous aimons l’appeler. »
La chimie cinématographique est une évolution de l’imagerie au microscope électronique qui s’apparente davantage à la prise d’une vidéo qu’à la prise d’une image fixe. Pour capturer les détails de la structure du point quantique bleu, cela est essentiel, car le nanocristal est en fait assez dynamique, de sorte que toute image de celui-ci ne raconterait qu’une petite partie de son histoire. Malheureusement, le point quantique bleu a également une durée de vie assez courte, bien que cela était attendu, et l’équipe vise maintenant à améliorer sa stabilité à l’aide d’une collaboration industrielle.
Source de l’histoire :
Matériaux fourni par Université de Tokyo. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
