L’équipe de recherche menée par le professeur Hsueh-Shih (Sean) Chen de l’université nationale Tsing Hua (NTHU) a récemment annoncé avoir mis au point un nouveau matériau composé de boîtes quantiques, plus stable et capable de produire des couleurs plus réalistes. À l’heure actuelle, les principales limitations des matériaux pour écrans à base de boîtes quantiques sont leur instabilité et leur fragilité. L’équipe de recherche a paré au problème en développant des « boucliers » d’approximativement un nanomètre sur les facettes cristallines de chaque boîte quantique. Le nouveau matériau possède un large éventail d’applications, par exemple les écrans de télévision, d’ordinateur, de téléphone portable et d’appareil photo.
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A research team led by Professor Hsueh-Shih Chen of NTHU has recently announced that they have developed a new quantum dot material which is more stable and provides more realistic color. (Photo: National Tsing Hua University)
Avec le soutien de la NTHU, l’équipe de recherche a déjà introduit des demandes de brevets pour ce nouveau matériau. Elle a également fondé HsinLight Inc. afin de pouvoir le fabriquer à échelle commerciale. La production des premiers écrans à boîtes quantiques devrait être lancée en 2020.
Actuellement, la plupart des écrans sur le marché sont des écrans à cristaux liquides (LCD), caractérisés par une gradation et une saturation des couleurs et ne pouvant afficher qu’un tiers des couleurs perceptibles par l’œil humain. Même les écrans OLED dits « de type rétinien » ne peuvent afficher qu’environ la moitié de ces couleurs. Les écrans équipés du nouveau matériau QD (les téléviseurs QLED) sont quant à eux capables d’afficher pratiquement 90 % des couleurs perceptibles par l’œil humain.
Quelques défis restent cependant à relever avant que l’utilisation du matériau à base de boîtes quantiques se généralise complètement. Le professeur Chen a expliqué que les boîtes quantiques étaient des cristaux sphériques de près de trois nanomètres pouvant être facilement endommagés par les molécules d’eau et d’oxygène, qui en réduisent l’intensité lumineuse. Pour l’instant, les principaux fabricants, tels que Samsung, maîtrisent ce problème en enserrant les boîtes quantiques dans une couche de film protecteur, mais ce procédé n’est pas rentable et le film perd rapidement son pouvoir protecteur en cas de minuscule perforation.
Inspiré par le bouclier du superhéros Captain America de la série de bande dessinée Avengers, le professeur Chen a eu l’idée d’assigner à chaque boîte quantique son propre bouclier d’environ un nanomètre, permettant ainsi d’obtenir un matériau résistant à l’eau et à l’oxydation tout en accroissant sa stabilité ainsi que la durée de vie des écrans.
Au cours de ces deux dernières années, plusieurs entreprises se sont lancées dans la vente de téléviseurs dotés de la technologie à boîtes quantiques, mais la nature fragile de celles-ci en fait un matériau complexe à produire à grande échelle, assorti d’un prix relativement élevé. La technologie unique du professeur Chen, qui recourt à un bouclier pour protéger les boîtes quantiques, engendrera toutefois une réduction significative des coûts de production.
Un écran à boîtes quantiques de 55 pouces standard est composé de plus de 100 millions de billions (10 à la puissance 20) de cristaux quantiques, et l’équipe de recherche du professeur Chen a élaboré une technique permettant de contrôler rigoureusement la taille de chaque boîte quantique, afin que celle-ci ne varie pas de plus de 0,5 nanomètre. Le contrôle précis de la taille des boucliers et des boîtes quantiques leur permet d’émettre avec grande précision les couleurs que sont le bleu, le vert, le jaune, l’orange, le rouge, l’infrarouge, etc.
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