Des chercheurs du CNRS, du CEA, de l'université Paris-Sud et de l'université Joseph Fourier (1) ont mis au point un nouveau procédé pour obtenir des diodes électroluminescentes (LED) flexibles. Ces chercheurs ont ainsi fabriqué la première diode électroluminescente verte flexible et à nanofils au monde ainsi que le premier système multicouche combinant des émissions bleues et vertes, une étape cruciale avant d'obtenir des écrans et des ampoules blanches à LED déformables. Leurs travaux sont publiés dans la revue Nano Letters le 14 octobre 2015.
Gauche : Photos de LED bleue et verte flexibles à base de nanofils de nitrures.
Milieu : Schéma illustrant la structure d'une LED flexible à deux couleurs.
Droite : Spectre de l'électroluminescence d'une LED à deux couleurs.
© Xing Dai
L'attribution du prix Nobel de physique 2014 aux inventeurs de la LED bleue (2) le confirme : la recherche sur les diodes électroluminescentes, DEL ou LED en anglais, connaît une forte expansion. Les LED sont composées d'un matériau semi-conducteur hétérogène, une partie étant enrichie en électrons et l'autre en étant appauvrie. Le passage d'un courant électrique dans ce matériau hétérogène provoque l'émission d'un photon, et donc de lumière.
Le choix du matériau semi-conducteur influence les caractéristiques lumineuses et physiques des LED. Il est ainsi possible d'obtenir des LED flexibles grâce à des polymères organiques pour constituer, par exemple, un écran pliable. Ces matériaux souffrent cependant d'une mauvaise brillance des bleus et d'une usure précoce. Pour pallier ces problèmes, les chercheurs ont donc combiné la haute brillance et la grande durée de vie de LED à base de nitrures (3), avec la flexibilité des polymères.
Ils ont pour cela utilisé des nanofils de nitrures englobés dans une couche de polymère, puis les ont détachés de leur substrat pour réaliser une membrane flexible. Ces émetteurs mesurent plusieurs centaines de nanomètres de diamètre pour 20 micromètres (4) de hauteur et l'ensemble paraît totalement homogène à notre échelle.
Les chercheurs ont ainsi fabriqué la première LED verte flexible à nanofils au monde, ainsi qu'une variante bleue. L'équipe a également combiné deux couches de nanofils de ces couleurs, afin d'obtenir une LED capable d'éclairer à la fois en vert et en bleu. Cette étape est importante car, une fois que le rouge sera ajouté, il sera possible d'émettre une lumière blanche et d'afficher des vidéos (5).
Cette avancée ouvre la porte à des écrans, montres ou ampoules à LED déformables. D'autres couleurs peuvent être obtenues si les nitrures sont remplacés par des arséniures ou des phosphures, ainsi qu'en jouant sur la taille des nanofils. À plus long terme, les chercheurs espèrent utiliser des matériaux absorbants afin de transformer ces LED en photodétecteurs ou en cellules solaires flexibles.
Notes :
(1) Les laboratoires impliqués dans cette étude sont : l'Institut d'électronique fondamentale (CNRS/Université Paris-Sud), l'Institut Néel (CNRS) et l'Institut nanosciences et cryogénie (CEA).
(2) Le prix a été remis à Isamu Akasaki, Hiroshi Amano et Shuji Nakamura.
(3) Les nitrures sont une grande famille de composés azotés caractérisés par une émission lumineuse couvrant le domaine du visible et de l'ultraviolet.
(4) 1 micromètre (µm) = 0,001 millimètre.
(5) Les écrans d'ordinateurs utilisent l'espace RVB, rouge vert bleu, qui leur permet de reproduire toutes les autres teintes grâce à des combinaisons de ces couleurs primaires. Une combinaison de ces trois couleurs donne du blanc.
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