Les LED à fibre polychrome créées avec des fils quantiques en pérovskite ouvrent la voie à des écrans portables avancés

Une équipe de recherche dirigée par l’École d’ingénierie de l’Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST) a développé des diodes électroluminescentes à fibre couleur utilisant des fils quantiques en pérovskite (PeQW), ouvrant la voie à des dispositifs d’éclairage et d’affichage portables innovants.

L’étude est publiée dans la revue Progrès scientifiques et intitulé « Diodes électroluminescentes à fibre polychrome basées sur des fils quantiques en pérovskite ».

Les diodes électroluminescentes à fibre optique (Fi-LED) sont un élément clé dans le domaine des LED flexibles en raison de leur compatibilité avec la fabrication textile et de leur excellente uniformité de luminance spatiale. Les perovskites aux halogénures métalliques (MHP) sont devenues des matériaux électroluminescents prometteurs pour les LED de nouvelle génération en raison de leurs propriétés optoélectroniques supérieures.

Malgré le potentiel, la fabrication de Fi-LED à base de MHP a été confrontée à des défis tels qu’un revêtement non uniforme induit par la gravité et la tension superficielle, une cristallisation de mauvaise qualité et des processus de dépôt d’électrodes complexes, qui aboutissent tous à une émission de lumière inégale et inefficace.

Pour résoudre ces problèmes, l’équipe de recherche dirigée par le professeur Fan Zhiyong, professeur titulaire au département de génie électronique et informatique et au département de génie chimique et biologique de l’HKUST, a utilisé une nouvelle approche en utilisant des modèles de membranes d’alumine poreuse (PAM) sur de fines fibres d’aluminium. La PAM, avec une taille de pores ultra-petite d’environ 5 nm, a été fabriquée sur des fibres d’aluminium à l’aide d’un procédé de revêtement en solution rouleau à rouleau.

La solution précurseur MHP a été introduite dans les canaux PAM, suivie d’une procédure de recuit périphérique pour assurer une vaporisation uniforme du solvant et une cristallisation MHP. Cette méthode permet la croissance uniforme des réseaux PeQW et minimise la formation de structures en couches minces indésirables sur la surface PAM.

L’équipe de recherche a démontré avec succès la fabrication de Fi-LED en couleur avec des pics d’émission à 625 nm (rouge), 512 nm (vert) et 490 nm (bleu ciel). Les fibres fabriquées ont montré une bonne aptitude à la flexion et à l’étirement, ce qui les rend adaptées aux applications d’éclairage textile.

Différentes architectures 2D et 3D ont été présentées, notamment une chaîne 2D en couleur « I ♥ HKUST », toutes avec une excellente uniformité de fluorescence. De plus, une « scène nocturne » du port de Victoria a été créée à l’aide de PeQW avec des transitions de couleurs induites par un gradient d’halogénure, soulignant la polyvalence et le potentiel esthétique des Fi-LED.

Ce travail présente une avancée significative dans le domaine des Fi-LED. Les développements futurs pourraient se concentrer sur l’amélioration de l’efficacité et de la stabilité des Fi-LED, l’exploration de nouvelles compositions de perovskite pour une gamme plus large de couleurs d’émission et l’intégration de ces dispositifs dans des produits textiles commerciaux.

« La combinaison de l’effet de confinement quantique et de la passivation de la structure de la membrane d’alumine poreuse 3D nous a permis d’obtenir une efficacité de photoluminescence et d’électroluminescence exceptionnelle. Notre approche innovante des LED à fibre ouvre de nouvelles possibilités pour la fabrication de sources d’éclairage non conventionnelles à structure 3D, ouvrant la voie à des technologies d’affichage portables avancées », a déclaré le professeur Fan.

Ren Beitao, doctorant en génie électronique et informatique, est le premier auteur et le professeur Fan est l’auteur correspondant. Parmi les autres co-auteurs figurent des doctorants et des chercheurs postdoctoraux du groupe du professeur Fan ainsi que des collaborateurs de l’université Sun Yat-sen et de l’université des sciences et technologies de Nanjing.