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Ecrans LCD : vers une révolution de la production de couleurs ?

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Pour obtenir des écrans LCD à haute qualité d’affichage -teintes mieux définies, palette de couleurs élargie- la recherche portant sur les nanocristaux semi-conducteurs à l’origine des pixels constituant les images est active.

Une collaboration entre le LPEM, l'INSP, la ligne TEMPO de SOLEIL et des scientifiques du Argonne National Laboratory (Etats-Unis) et de l’Université Jaume I (Espagne), a conduit à la mise au point d’une nouvelle génération de nanocristaux. Grâce à une ingénierie minutieuse, les nanocristaux synthétisés en deux dimensions permettent d’émettre aussi bien dans le vert que dans le rouge : une alternative intéressante aux mélanges de nanocristaux pour la conception d'un émetteur de lumière blanche.

Les nanocristaux ont révolutionné le marché des écrans à cristaux liquides (LCD), en offrant une palette de couleurs inégalée. Pourtant, le procédé reste complexe, et nécessite l’utilisation de minuscules cristaux capables de transformer une lumière bleue en lumière verte ou rouge. L’assemblage de ces trois couleurs permet de générer une lumière blanche qui sera ensuite filtrée pour obtenir des pixels bleus, verts et rouges.
La stratégie actuelle repose sur l’intégration de deux populations de nanocristaux (verts/rouges), ce qui rend la tâche ardue.
Ce problème pourrait avoir trouvé sa solution, grâce à une équipe française qui a mis
au point un matériau en 2D capable d’émettre une lumière très pure à la fois dans le
vert et dans le rouge.

Figure 1 : Schéma d’une nanoplaquette bicouleur

Pour y parvenir, les scientifiques ont synthétisé des nanocristaux en deux dimensions, des nanoplaquettes, constitués d’assemblages de cristaux de tellure de cadmium CdTe et de séléniure de cadmium CdSe (fig. 1). Les propriétés chimiques et électroniques des matériaux synthétisés ont été étudiées sur la ligne TEMPO par spectroscopie de photoémission X. Leur composition chimique, l’interaction entre les différents matériaux ainsi que le positionnement des bandes d’énergie (valeurs d’énergie des électrons de ces composants) ont ainsi été déterminés. Puis les performances d’émission de lumière des matériaux ont été testées.
Au final, du fait de la nature chimique et de l’imbrication des 2 composants au sein d’une nanoplaquette -qui permet notamment que les bandes d’énergie des différents semiconducteurs soient alignées- les nanoplaquettes se révèlent non seulement capables d’émettre dans le rouge et dans le vert (voir la figure ci-dessous), mais peuvent ajuster leur couleur en fonction de la puissance laser reçue.

Figure 2 : Photo d’un tube à essai contentant une solution diluée de nanoplaquettes bi couleur.

Les plaquettes sont illuminées par un laser bleu (à gauche de l’image). En réponse, les nanoplaquettes vont émettre une couleur qui dépend de la puissance du laser.

Pour finir, les scientifiques ont également montré que leur matériau pouvait être intégré à des LEDs électroluminescentes avec de très bonnes performances.

Et ils travaillent à présent sur d'autres hétérostructures, plus fines, qui émettraient dans le bleu et le vert. En effet, la croissance d'une coque dans l'épaisseur, afin de rendre les particules plus brillantes, s'accompagne aussi d'un décalage vers le rouge de la lumière émise – d’où l’intérêt de diminuer l’épaisseur du matériau.

Avec la perspective de remplacer un système à trois sources par une seule, les chercheurs pourraient bien avoir ouvert la voie à une nouvelle génération d’écrans beaucoup plus économes en énergie, même si de nombreuses études restent à mener notamment quant à la stabilité des matériaux.