Des chercheurs de l’université de Princeton ont inventé une maille en nanotechnologie dont chaque filament sert à conduire le plus de lumière possible vers l’extérieur. Résultat : une LED est beaucoup plus lumineuse et contrastée. Et cela n’est pas le seul intérêt de la découverte.
La LED a certainement révolutionné notre façon de regarder des écrans ou de consommer de la lumière. Elle est désormais partout. Elle remplace les lampes à néon et les ampoules à incandescence, beaucoup plus énergivore et beaucoup plus fragile. Et elle est à la base des images affichées sur un écran de télévision ou sur un smartphone.
Une technologie qui n'est pas optimisée
Rappelez-vous : chaque pixel d’un écran est composé de sous-pixels de couleurs qui sont, en fait, des LED. Même si cette technologie est maîtrisée, elle reste cependant imparfaite. D’abord, la conception de la LED empêche la lumière émise d’être transmise entièrement. Seulement 2 % à 4 % de la lumière parvient aux yeux de l’utilisateur. Pourquoi : parce que la lumière est prise au piège à l’intérieur de la LED.
Cela a trois conséquences. D’abord, le rendement est clairement mauvais et consomme plus d’énergie qu’il ne faudrait. Ensuite, la LED a tendance à chauffer à cause de la lumière qui n’arrive pas à s’échapper. Enfin, le rendu n’est pas optimal. Un constat qui s’applique autant aux LED synthétiques faites de silicone que les LED organiques faites de carbone. Mais cela pourrait bien changer dans les années à venir, grâce aux nanotechnologies.
Guider la lumière vers la sortie
Le professeur Stephen Chou de l’université de Princeton, déjà à l’oeuvre sur l’amélioration des cellules photovoltaïques, a démontré qu’il était possible de libérer plus de lumière d’une LED en utilisant une structure composée de filament. Le principe, expliqué dans un article du site Phys.org, est de graver des LED dans des cavités réfléchissantes qui vont conduire la lumière vers la surface. Résultat : le volume de lumière libérée par la diode atteint désormais les 60 % (contre 4 % pour rappel) et le contraste de l’image augmente de 400 %. Sans oublier une conséquence énergétique : avec un tel procédé, il est inutile de pousser à fond la luminosité de l’écran du smartphone. Ce qui augmente l’autonomie des batteries. Le gain est considérable.

Le brevet consiste à insérer une diode (ici verte) dans des cavités réflechissantes
qui vont guider la lumière vers la dalle de l'écran
Des avantages aussi pour le constructeur
Et ce n’est pas tout. Cette invention a deux autres avantages. D’abord elle est compatible avec la nano-impression. Cela veut dire qu’il est possible « d’imprimer » les LED sur la surface métallique qui les supporte. Le gain de productivité est considérable, aussi bien en termes de temps de développement que de ressources financières. Deuxième avantage, la structure en filament est bien plus flexible que les structures actuelles. Tellement flexible qu’elle pourrait être incorporée à un vêtement, selon les dires de son inventeur.
Les applications de cette découverte font évidemment l’objet d’un brevet déposé par l’université de Princeton. Aujourd’hui, les tests n’ont été réalisés que pour les diodes de couleur verte. Il reste encore deux couleurs primaires à tester, mais ces débuts sont très encourageants. Reste à savoir quand elles seront appliquées dans des produits commerciaux.