Diodes électroluminescentes à points quantiques intrinsèquement extensibles. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Les diodes électroluminescentes à base de points quantiques intrinsèquement extensibles ont atteint des performances record.
Une équipe de scientifiques sud-coréens dirigée par le professeur KIM Dae-Hyeong du Centre de recherche sur les nanoparticules de l'Institut des sciences fondamentales a mis au point une nouvelle approche des écrans extensibles. L’équipe a annoncé le premier développement de diodes électroluminescentes à points quantiques (QLED) intrinsèquement extensibles.
Avancées dans la technologie d’affichage
Dans le monde en évolution rapide des technologies d’affichage, la quête de la création d’écrans intrinsèquement extensibles s’est poursuivie. Les écrans traditionnels, contraints par des composants rigides et inflexibles, ont eu du mal à évoluer au-delà des écrans flexibles.
Il existe un besoin évident de nouveaux matériaux et de nouvelles conceptions de dispositifs capables de supporter des étirements importants tout en conservant leur fonctionnalité, ce qui est essentiel pour les applications comprenant les technologies d'interface portables et adaptables.
Limites de l'OLED et avantages du QLED
La majorité des écrans flexibles du marché utilisent la technologie des diodes électroluminescentes organiques (OLED), qui utilise des matériaux organiques comme composants électroluminescents. Cependant, l’OLED présente souvent des inconvénients tels qu’une luminosité limitée et des problèmes de pureté des couleurs. D’un autre côté, les écrans QLED offrent une excellente reproduction des couleurs, une excellente luminosité et une excellente longévité, ce qui en fait un choix incontournable pour les consommateurs qui donnent la priorité à ces facteurs.
Illustration schématique d'is-QLED basée sur la couche d'émission intrinsèquement extensible. L'EML étirable est un composite ternaire de QD, SEBS-g-MA et TFB, avec une structure interne unique de séparation de phases. Les îlots riches en TFB au bas de l'EML étirable facilitent l'injection de trous dans les QD tout en minimisant les sites d'extinction d'excitation, améliorant ainsi l'efficacité et la luminosité du dispositif. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Défis liés au développement de QLED flexibles
Cependant, le défi intrinsèque du développement d’écrans QLED flexibles réside dans la nature des points quantiques (QD) eux-mêmes ; en tant que nanoparticules inorganiques 0-D, elles ne possèdent pas d'extensibilité inhérente. Il y a eu quelques tentatives pour intégrer des QD dans des matériaux élastiques afin de créer un matériau composite électroluminescent et élastique.
Un obstacle important rencontré au cours de cette approche était les propriétés isolantes des élastomères, qui entravent l'injection efficace d'électrons et de trous dans les QD, diminuant ainsi l'efficacité électroluminescente du dispositif.
Percée dans l’ingénierie des matériaux
Les chercheurs de l’IBS ont donc dû innover pour surmonter ces limites. Leurs travaux ont montré l'incorporation d'un troisième matériau dans le composite pour améliorer la livraison des transporteurs aux QD. Un polymère semi-conducteur de type p, le TFB, a été utilisé pour améliorer à la fois l'extensibilité du dispositif et l'efficacité de l'injection de trous. L’ajout de TFB a également amélioré l’équilibre entre les injections d’électrons et de trous.
Les QLED intrinsèquement extensibles ont une structure de dispositif dans laquelle toutes les couches ont été conçues pour avoir un niveau d'extensibilité suffisant. Les QLED extensibles pourraient être étirées jusqu'à 50 % avec des performances constantes de l'appareil. En outre, une matrice passive et des QLED couleur ont été présentés. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Structure et performances améliorées des appareils
Un aspect intrigant du film nanocomposite ternaire était la structure interne distinctive présentant une séparation de phases, où des « îlots » riches en TFB sont formés à la base et où les QD intégrés dans la matrice SEBS-g-MA se trouvent au sommet de ces îlots. Cet agencement structurel unique minimise les sites de trempe des excitons et améliore l'efficacité de l'injection de trous, ce qui permet d'obtenir des performances optimales du dispositif.
Après une sélection et une ingénierie minutieuses de ces matériaux, les chercheurs de l'IBS ont réalisé des QLED à haute luminosité (15 170 cd m-2), qui est la plus élevée parmi les LED extensibles, en plus d'une faible tension de seuil (3,2 V). L'appareil n'a subi aucun dommage même lorsqu'une force importante a été appliquée pour étirer le matériau. Même lorsqu’il a été étiré jusqu’à 1,5 fois, il n’y a eu aucun changement significatif dans la distance entre les points quantiques à l’intérieur de l’appareil. Par exemple, si un téléviseur QLED de 20 pouces est fabriqué avec cet appareil, cela signifie que les performances d'affichage resteront les mêmes même lorsqu'elles sont portées à une taille de 30 pouces.
Orientations futures et applications potentielles
Le professeur KIM Dong-chan, co-premier auteur, a expliqué : « Notre équipe de recherche a également développé une technologie de structuration à haute résolution qui peut être appliquée à des couches électroluminescentes de points quantiques étirables », ajoutant : « En combinant des matériaux électroluminescents et une technologie de structuration. , nous avons démontré le potentiel de notre dispositif pour les LED RVB et les applications complexes telles que les matrices passives.
Cette recherche démontre non seulement les performances supérieures des QD dans les écrans extensibles, mais ouvre également une nouvelle direction pour améliorer encore les performances des appareils. Les recherches futures se concentreront sur l’optimisation de l’efficacité de l’injection du support et de l’extensibilité sur toutes les couches du dispositif. Cette découverte constitue une base solide pour la technologie is-QLED de nouvelle génération, promettant un avenir dans lequel les technologies d'affichage ne seront pas seulement flexibles mais véritablement extensibles, permettant de nouvelles formes d'électronique portable et au-delà.
Cette recherche a été menée en collaboration avec des collègues de l’Université nationale de Séoul, de l’Institut national des sciences et technologies d’Ulsan et de l’Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk. Il a été publié dans Électronique naturelle le 16 avril 2024.
