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

Une nouvelle génération de nanocristaux semi-conducteurs voit le jour et améliore davantage la qualité des écrans. Derrière ces teintes mieux définies et une palette de couleurs élargie se cache une ingénierie minutieuse. En effet, les nanocristaux synthétisés sont en deux dimensions et permettent d’émettre aussi bien dans le vert que dans le rouge. Ces travaux publiés dans la revue Nature Communications sont le fruit d’une collaboration entre le Laboratoire de Physique et d’Etude des Matériaux (ESPCI Paris-PSL /CNRS, Sorbonne Université), l’INSP (Sorbonne Université, CNRS), le synchrotron SOLEIL et des collaborateurs internationaux du Argonne National Laboratory (Etats-Unis) et de l’université Jaume I (Espagne).

Les nanocristaux ont révolutionné le marché des écrans à cristaux liquides (LCD), en offrant une palette de couleur 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 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.

Image d’un tube à essai contentant une solution diluée de nanoplaquette bi-couleur. Les plaquettes sont excitées par un laser bleu. En réponse, les nanoplaquettes vont émettre une couleur qui dépend de la puissance reçue.

Pour y parvenir, les scientifiques ont minutieusement synthétisé des nanocristaux en deux dimensions, des nanoplaquettes, constitués d’assemblages de cristaux de tellure de cadmium et de séléniure de cadmium, voir schéma ci-dessous. Ils ont ensuite testé les performances d’émission de leurs matériaux, en particulier au synchrotron SOLEIL. Au final, les nanoplaquettes se révèlent non seulement capables d’émettre dans le rouge et dans le vert (voir la figure ci-dessous), mais permettent également d’obtenir une plus large palette de couleurs que les nanoparticules actuelles.

Pour finir, les chercheuses et chercheurs ont également montré que leur dispositif pouvait être intégré à des LEDs électroluminescentes avec de très bonnes performances. 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.

La publication est en libre accès :

Dabard, C., et al. Double-crowned 2D semiconductor nanoplatelets with bicolor power-tunable emission. Nat Commun 13, 5094 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-32713-2