L’attribution du prix Nobel de physique 2014 aux inventeurs de la LED bleue 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 , 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 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 .
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
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.
[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.