Celle-ci a attiré l’attention du monde universitaire. La commercialisation réussie des téléviseurs à points quantiques sans cadmium a non seulement donné une nouvelle orientation à la recherche et au développement, mais a également joué un rôle essentiel dans l’attribution du prix Nobel de chimie 2023 pour la découverte et la synthèse des points quantiques.

Après la première partie, Samsung Newsroom découvre comment Samsung a apporté sa contribution au monde universitaire grâce à des avancées révolutionnaires dans le domaine de l’innovation matérielle.

▲ (De gauche à droite) Taeghwan Hyeon, Doh Chang Lee et Sanghyun Sohn

Pourquoi le cadmium a été le point de départ de la recherche sur les points quantiques

« J’ai été vraiment impressionné par le fait que Samsung ait réussi à commercialiser un produit d’affichage à points quantiques sans cadmium. »

 — Taeghwan Hyeon, Université nationale de Séoul

Les points quantiques ont commencé à susciter l’intérêt des scientifiques dans les années 1980, lorsque Aleksey Yekimov, ancien scientifique en chef de Nanocrystals Technology Inc. et Louis E. Brus, professeur émérite au Département de chimie de l’université de Columbia, ont chacun publié leurs recherches sur l’effet de confinement quantique et les propriétés optiques des points quantiques selon leur taille.

Le mouvement s’est accéléré en 1993 lorsque Moungi Bawendi, professeur au Département de chimie du Massachusetts Institute of Technology (MIT), a mis au point une méthode fiable de synthèse des points quantiques. En 2001, Taeghwan Hyeon, éminent professeur au Département de génie chimique et biologique de l’Université nationale de Séoul (SNU), a inventé le « procédé de chauffage », une technique permettant de produire des nanoparticules uniformes sans avoir recours à une séparation sélective en fonction de la taille. En 2004, M. Hyeon a publié une méthode de production évolutive dans la revue universitaire Nature Materials – une découverte largement considérée comme susceptible de changer la donne dans l’industrie.

▲ Taeghwan Hyeon

Toutefois, ces efforts n’ont pas débouché immédiatement sur une commercialisation. À l’époque, les points quantiques reposaient largement sur le cadmium (Cd) comme matériau de base – une substance connue pour être nocive pour l’homme et désignée comme matériau à usage restreint dans le cadre de la directive de l’Union européenne relative à la limitation des substances dangereuses (RoHS).

« Actuellement, les seuls matériaux capables de produire des points quantiques en toute fiabilité sont le séléniure de cadmium (CdSe) et le phosphure d’indium (InP)”, explique M. Hyeon. « Le séléniure de cadmium, le matériau conventionnel des points quantiques, est un composé d’éléments du groupe II et du groupe VI, tandis que le phosphure d’indium est formé à partir d’éléments du groupe III et du groupe V. La synthèse de points quantiques à partir d’éléments des groupes II et VI est relativement simple, mais la combinaison d’éléments des groupes III et V est chimiquement nettement plus complexe. »

▲ Comparaison de points quantiques à base de cadmium avec des liaisons ioniques et de points quantiques à base d’indium avec des liaisons covalentes

Le cadmium, un élément possédant deux électrons de valence, forme des liaisons ioniques fortes¹ avec des éléments tels que le sélénium (Se), le soufre (S) et le tellure (Te), qui possèdent chacun six électrons de valence. Ces combinaisons permettent d’obtenir des semi-conducteurs stables, connus sous le nom de semi-conducteurs II-VI, des matériaux qui ont longtemps été privilégiés dans la recherche pour leur capacité à produire des nanocristaux de haute qualité, même à des températures relativement basses. Par conséquent, l’utilisation du cadmium dans la synthèse des points quantiques a été considérée comme une norme académique pendant de nombreuses années.

En revanche, l’indium (In) – une alternative au cadmium avec trois électrons de valence – forme des liaisons covalentes² avec des éléments tels que le phosphore (P), qui possède cinq électrons de valence. Les liaisons covalentes sont généralement moins stables que les liaisons ioniques et sont de nature directionnelle, ce qui augmente la probabilité de défauts lors de la synthèse des nanocristaux. Ces caractéristiques ont fait de l’indium un matériau difficile à travailler, tant pour la recherche que la production de masse.

« Il est difficile d’obtenir une cristallinité élevée dans les points quantiques fabriqués à partir de phosphure d’indium », note M. Lee. « Un processus de synthèse complexe et exigeant est nécessaire pour répondre aux normes de qualité requises pour la commercialisation. »

Pas le moindre compromis – De la percée à la production de masse

« Il n’y a tout simplement pas de place pour le compromis en matière de sécurité des consommateurs. »

— Sanghyun Sohn, Samsung Electronics

Samsung a toutefois adopté une approche différente.

« Nous menons des recherches et développons la technologie des points quantiques depuis 2001 », a déclaré Sanghyun Sohn, Head of Advanced Display Lab, Visual Display (VD) Business chez Samsung Electronics. « Mais très tôt, nous avons déterminé que le cadmium – qui est nocif pour le corps humain – n’était pas adapté à la commercialisation. Alors que les réglementations de certains pays autorisent techniquement jusqu’à 100 parties par million (ppm) de cadmium dans les produits électroniques, Samsung a adopté dès le départ une politique zéro cadmium. Pas de cadmium, pas de compromis : telle était notre stratégie. Il n’y a tout simplement pas de place pour le compromis en matière de sécurité des consommateurs. »

▲ Sanghyun Sohn

L’engagement de longue date de Samsung en faveur de son principe « No Compromise on Safety » (pas de compromis sur la sécurité) s’est concrétisé en 2014 lorsque l’entreprise a développé avec succès le premier matériau à points quantiques sans cadmium au monde. Afin de garantir à la fois la durabilité et la qualité de l’image, Samsung a introduit une technologie de revêtement protecteur à trois couches qui protège les nanoparticules de phosphure d’indium des facteurs externes tels que l’oxygène et la lumière. L’année suivante, Samsung a lancé le premier téléviseur SUHD commercialisé au monde avec des points quantiques sans cadmium – un changement de paradigme dans l’industrie de l’affichage et l’aboutissement d’efforts de recherche ayant commencé au début des années 2000.

« Les points quantiques à base de phosphure d’indium sont intrinsèquement instables et plus difficiles à synthétiser que leurs homologues à base de cadmium, et n’atteignent initialement qu’environ 80 % des performances des points quantiques à base de cadmium », affirme M. Sohn. « Cependant, grâce à un processus de développement intensif au Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), nous avons réussi à augmenter les performances à 100 % et à garantir la fiabilité pendant plus de 10 ans. »

▲ Les trois composants des points quantiques

Les points quantiques présents dans les écrans Samsung QLED sont composés de trois éléments clés : un noyau, d’où la lumière est émise ; une enveloppe, qui protège le noyau et stabilise sa structure ; et un ligand, un revêtement polymère qui améliore la stabilité de l’oxydation à l’extérieur de l’enveloppe. L’essence de la technologie des points quantiques réside dans l’intégration transparente de ces trois éléments, un processus industriel avancé qui s’étend de l’acquisition et de la synthèse des matériaux à la production de masse et au dépôt de nombreux brevets.

« Aucun des trois composants – noyau, enveloppe ou ligand – ne peut être négligé », ajoute M. Lee. « La technologie de Samsung pour la synthèse du phosphure d’indium est exceptionnelle. »

« Le développement d’une technologie en laboratoire est un défi en soi, mais la commercialisation requiert un niveau d’effort tout à fait différent pour garantir la stabilité du produit et une qualité de couleur constante », a affirmé M. Hyeon. « J’ai été vraiment impressionné par le fait que Samsung ait réussi à commercialiser un produit d’affichage à points quantiques sans cadmium. »

Établir la norme pour les points quantiques

« Les tendances de la recherche dans la communauté universitaire ont sensiblement changé avant et après la sortie des téléviseurs à points quantiques de Samsung. »

— Doh Chang Lee, Korea Advanced Institute of Science and Technology

Les propriétés optiques des points quantiques sont appliquées à un large éventail de domaines, notamment les cellules solaires, la médecine et l’informatique quantique. Cependant, l’écran à points quantiques reste l’application la plus activement étudiée et la plus largement commercialisée à ce jour, Samsung faisant figure de pionnier.

S’appuyant sur des années de recherche fondamentale et sur l’introduction de ses téléviseurs SUHD, Samsung a lancé ses téléviseurs QLED en 2017 et a établi une nouvelle norme pour les écrans haut de gamme. En 2022, l’entreprise a poussé l’innovation encore plus loin en lançant les téléviseurs QD-OLED, le premier écran au monde à combiner des points quantiques avec une structure OLED.

▲ Comparaison des structures LCD, QLED et QD-OLED

Le QD-OLED est une technologie d’affichage de nouvelle génération qui intègre des points quantiques dans la structure auto-émissive de l’OLED. Cette approche permet des temps de réponse plus rapides, des noirs plus profonds et des taux de contraste plus élevés. Le QD-OLED de Samsung a été élu écran de l’année 2023 par la Society for Information Display (SID), la plus grande organisation mondiale dédiée aux technologies d’affichage.

« Samsung a non seulement dominé le marché avec ses téléviseurs à points quantiques à base de phosphure d’indium, mais reste également la seule entreprise à avoir intégré et commercialisé avec succès des points quantiques dans des OLED », poursuit M. Sohn. « En tirant parti de notre leadership dans la technologie des points quantiques, nous continuerons à être à la pointe de l’innovation dans le domaine des écrans. »

▲ Doh Chang Lee

« Les tendances de la recherche dans la communauté universitaire ont sensiblement changé avant et après la sortie des téléviseurs à points quantiques de Samsung », déclare Doh Chang Lee, professeur au Département d’ingénierie chimique et biomoléculaire du Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST). « Depuis leur lancement, les discussions se sont de plus en plus concentrées sur les applications pratiques plutôt que sur les matériaux eux-mêmes, ce qui reflète le potentiel de mise en œuvre dans le monde réel grâce aux technologies d’affichage. »

« De nombreuses tentatives ont été faites pour appliquer les points quantiques dans divers domaines, y compris la photocatalyse », ajoute-t-il. « Mais ces efforts n’en sont qu’à leurs débuts par rapport à leur utilisation dans les écrans. »

2023. Hyeon a également noté que la commercialisation couronnée de succès des téléviseurs à points quantiques de Samsung a permis à Messieurs Bawendi, Brus et Yekimov de recevoir le prix Nobel de chimie en 2023.

« L’un des critères les plus importants pour l’attribution du prix Nobel est la mesure dans laquelle une technologie a contribué à l’humanité grâce à sa commercialisation », déclare-t-il. « Le QLED de Samsung constitue l’une des réalisations les plus importantes dans le domaine des nanotechnologies. Sans sa commercialisation, il aurait été difficile pour les points quantiques d’obtenir la reconnaissance du prix Nobel. »

La vision de Samsung pour les écrans de demain

Depuis le lancement de ses téléviseurs QLED, Samsung a accéléré la croissance de la technologie des points quantiques dans l’industrie et le monde universitaire. Interrogés sur l’avenir des écrans à points quantiques, les experts ont partagé leurs points de vue sur ce qui nous attend.

« En tant que technologie de la prochaine génération, nous explorons actuellement les points quantiques auto-émissifs », explique M. Sohn. « Jusqu’à présent, les points quantiques dépendaient d’une source de lumière externe pour exprimer le rouge et le vert. À l’avenir, nous souhaitons développer des points quantiques qui émettent de la lumière de manière indépendante par électroluminescence, c’est-à-dire qui produisent les trois couleurs primaires par injection d’énergie électrique. Nous travaillons également au développement de points quantiques bleus. »

« Comme les matériaux électroluminescents permettent de réduire la taille des composants des appareils, nous serons en mesure d’atteindre la haute résolution, l’efficacité et la luminosité requises pour les applications de réalité virtuelle et augmentée », continue M. Lee, qui prédit une transformation majeure dans l’avenir des écrans.

« Un bon affichage est un affichage que l’observateur ne reconnaît même pas comme tel », explique M. Sohn. « L’objectif ultime est d’offrir une expérience qui ne se distingue pas de la réalité. En tant que leader de l’innovation en matière d’écrans à points quantiques, nous sommes fiers de continuer à aller de l’avant. »

Grâce à son leadership continu et à sa vision technologique audacieuse, Samsung façonne l’avenir des écrans et réécrit ce qui est possible grâce aux points quantiques.

¹ Une liaison ionique est une liaison chimique formée lorsque des électrons sont transférés entre des atomes, créant ainsi des ions qui sont maintenus ensemble par attraction électrique.
² Une liaison covalente est une liaison chimique dans laquelle deux atomes partagent des électrons.

Les points quantiques – particules semi-conductrices ultrafines – émettent des couleurs de lumière différentes en fonction de leur taille, produisant ainsi des teintes exceptionnellement pures et vives. Samsung Electronics, leader mondial des fabricants de téléviseurs, a adopté ce matériau de pointe afin d’accroître les performances des écrans.

Samsung Newsroom s’est entretenu avec Taeghwan Hyeon, professeur émérite au Département d’ingénierie chimique et biologique de l’Université nationale de Séoul (SNU), Doh Chang Lee, professeur au Département d’ingénierie chimique et biomoléculaire du Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), et Sanghyun Sohn, Directeur de l’Advanced Display Lab, division Visual Display (VD) chez Samsung Electronics, en vue d’examiner comment les points quantiques ouvrent une nouvelle ère pour la technologie d’affichage.

• Comprendre la bande interdite
• Points quantiques – Plus la particule est petite, plus la bande interdite est grande
• L’ingénierie derrière les films à points quantiques
• Les véritables téléviseurs QLED utilisent des points quantiques pour créer des couleurs

Comprendre la bande interdite

« Afin de comprendre les points quantiques, il faut d’abord saisir le concept de bande interdite. »

— Taeghwan Hyeon, Université nationale de Séoul

Le mouvement des électrons est à l’origine de l’électricité. Généralement, les électrons les plus externes – appelés électrons de valence – sont impliqués dans ce mouvement. La plage d’énergie dans laquelle ces électrons existent est appelée bande de valence, tandis qu’une plage d’énergie plus élevée, inoccupée, qui peut accepter des électrons, est appelée bande de conduction.

Un électron peut absorber de l’énergie pour passer de la bande de valence à la bande de conduction. Lorsque l’électron excité libère cette énergie, il retombe dans la bande de valence. La différence d’énergie entre ces deux bandes – la quantité d’énergie qu’un électron doit gagner ou perdre pour passer de l’une à l’autre – est connue sous le nom de bande interdite.

▲ Comparaison des structures de bandes d’énergie dans les isolants, les semi-conducteurs et les conducteurs

Les isolants tels que le caoutchouc et le verre présentent des bandes interdites importantes, empêchant les électrons de se déplacer librement entre les bandes. En revanche, les conducteurs tels que le cuivre et l’argent présentent des bandes de valence et de conduction qui se chevauchent, ce qui permet aux électrons de se déplacer librement et d’obtenir une conductivité électrique élevée.

Les semi-conducteurs affichent une bande interdite qui se situe entre celles des isolants et des conducteurs, ce qui limite la conductivité dans des conditions normales, mais permet la conduction électrique ou l’émission de lumière lorsque les électrons sont stimulés par la chaleur, la lumière ou l’électricité.

« Pour comprendre les points quantiques, il faut d’abord saisir le concept de bande interdite », déclare M. Hyeon, soulignant que la structure de la bande d’énergie d’un matériau est essentielle pour déterminer ses propriétés électriques.

Points quantiques – Plus la particule est petite, plus la bande interdite est grande

« Lorsque les particules de points quantiques deviennent plus petites, la longueur d’onde de la lumière émise passe du rouge au bleu. »

— Doh Chang Lee, Korea Advanced Institute of Science and Technology

Les points quantiques sont des cristaux semi-conducteurs nanométriques dotés de propriétés électriques et optiques uniques. Mesurées en nanomètres (nm) – soit un milliardième de mètre – ces particules ne représentent que quelques millièmes de l’épaisseur d’un cheveu humain. Lorsqu’un semi-conducteur est réduit à l’échelle du nanomètre, ses propriétés changent de manière significative par rapport à son état massif.

Dans les états massifs, les particules sont suffisamment grandes pour que les électrons du matériau semi-conducteur puissent se déplacer librement sans être limités par leur propre longueur d’onde. Cela permet aux niveaux d’énergie – les états que les particules occupent lorsqu’elles absorbent ou libèrent de l’énergie – de former un spectre continu, comme un long toboggan à pente douce. Dans les points quantiques, le mouvement des électrons est limité, car la taille des particules est inférieure à la longueur d’onde de l’électron.

▲ La taille détermine la bande interdite des points quantiques

Imaginez que vous préleviez de l’eau (énergie) dans une grande marmite (état massif) à l’aide d’une louche (largeur de bande correspondant à la longueur d’onde d’un électron). La louche permet d’ajuster librement la quantité d’eau dans la marmite, de pleine à vide, ce qui équivaut à des niveaux d’énergie continus. Cependant, lorsque la marmite se rétrécit jusqu’à atteindre la taille d’une tasse à thé – comme un point quantique – la louche n’est plus adaptée. À ce moment-là, la tasse ne peut être que pleine ou vide. Ceci illustre le concept de niveaux d’énergie quantifiés.

« Lorsque les particules semi-conductrices sont réduites à l’échelle du nanomètre, leurs niveaux d’énergie sont quantifiés, c’est-à-dire qu’ils ne peuvent exister que par étapes discontinues », poursuit M. Hyeon. « Cet effet est appelé “confinement quantique”. Et à cette échelle, la bande interdite peut être contrôlée en ajustant la taille des particules. »

Le nombre de molécules à l’intérieur de la particule diminue à mesure que la taille du point quantique diminue elle aussi, ce qui se traduit par des interactions plus faibles entre les orbitales moléculaires. Cela renforce l’effet de confinement quantique et augmente la bande interdite.¹ Étant donné que la bande interdite correspond à l’énergie libérée par le saut d’un électron de la bande de conduction à la bande de valence, la couleur de la lumière émise change en conséquence.

« Lorsque les particules de points quantiques deviennent plus petites, la longueur d’onde de la lumière émise passe du rouge au bleu », affirme M. Lee. « En d’autres termes, la taille du nanocristal de point quantique détermine sa couleur. »

L’ingénierie derrière les films à points quantiques

« Le film à points quantiques est au cœur des téléviseurs QLED, témoignant ainsi de l’expertise technique approfondie de Samsung. »

— Doh Chang Lee, Korea Advanced Institute of Science and Technology

Les points quantiques ont attiré l’attention dans divers domaines, notamment les cellules solaires, la photocatalyse, la médecine et l’informatique quantique. Cependant, l’industrie de l’affichage a été la première à commercialiser avec succès cette technologie.

« L’une des raisons pour lesquelles Samsung s’est concentrée sur les points quantiques est liée à l’étroitesse exceptionnelle des pics de leur spectre d’émission », affirme M. Sohn. « Leur bande passante étroite et leur forte fluorescence les rendent idéales pour reproduire avec précision un large spectre de couleurs. »

▲ Les points quantiques créent des couleurs rouge, verte et bleue (RVB) ultra-pures en contrôlant la lumière à l’échelle nanométrique, produisant une bande passante étroite et une forte fluorescence.

Pour exploiter efficacement les points quantiques dans la technologie d’affichage, les matériaux et les structures doivent rester performants dans le temps et dans des conditions difficiles. Le téléviseur Samsung QLED y parvient grâce à l’utilisation d’un film à points quantiques.

« La précision de la reproduction des couleurs dans un écran dépend de la manière dont le film utilise les propriétés optiques des points quantiques », continue M. Lee. « Un film à points quantiques doit répondre à plusieurs exigences clés pour une utilisation commerciale, telles qu’une conversion efficace de la lumière et la translucidité. »

▲ Sanghyun Sohn

Le film à points quantiques utilisé dans les écrans Samsung QLED est produit en ajoutant une solution de points quantiques à une base polymère chauffée à très haute température, en l’étalant en une fine couche puis en la durcissant. Bien qu’il puisse paraître simple, le processus de fabrication est extrêmement complexe.

« C’est comme si on essayait de mélanger uniformément de la cannelle en poudre à du miel collant sans faire de grumeaux, ce qui n’est pas une mince affaire », déclare M. Sohn. « Pour disperser uniformément les points quantiques dans le film, plusieurs facteurs tels que les matériaux, la conception et les conditions de traitement doivent être soigneusement pris en considération. »

Malgré ces difficultés, Samsung a repoussé les limites de la technologie. Pour garantir la durabilité à long terme de ses écrans, l’entreprise a mis au point des matériaux polymères exclusifs spécifiquement optimisés pour les points quantiques.

« Nous avons acquis une vaste expertise dans la technologie des points quantiques en développant des films barrières qui bloquent l’humidité et des matériaux polymères capables de disperser uniformément les points quantiques », ajoute-t-il. « Cela nous a permis non seulement de réaliser une production de masse, mais aussi de réduire les coûts. »

Grâce à ce processus avancé, le film à points quantiques de Samsung offre une expression précise des couleurs et une efficacité lumineuse exceptionnelle, le tout soutenu par une durabilité inégalée dans l’industrie.

« La luminosité est généralement mesurée en nits, un nit équivalant à la luminosité d’une seule bougie », explique M. Sohn. « Alors que les LED classiques génèrent environ 500 nits, nos écrans à points quantiques peuvent atteindre 2 000 nits ou plus – l’équivalent de 2 000 bougies – ce qui permet d’obtenir un niveau de qualité d’image totalement inédit. »

▲ équations gamma RVB entre le spectre de la lumière visible, sRGB et DCI-P3 dans un espace colorimétrique CIE 1931

Image de description :

* CIE 1930 : un système de couleurs largement utilisé, défini en 1931 par la Commission internationale de l’éclairage
* sRGB (standard RGB) : espace colorimétrique créé conjointement par Microsoft et HP en 1996 pour les écrans et les imprimantes
* DCI-P3 (Digital Cinema Initiatives – Protocol 3) : espace colorimétrique largement utilisé pour le contenu numérique HDR, défini par Digital Cinema Initiatives pour les projecteurs numériques

En tirant parti des points quantiques, Samsung a considérablement amélioré la luminosité et l’expression des couleurs, proposant ainsi une expérience visuelle inédite. En fait, les téléviseurs Samsung QLED atteignent un taux de reproduction des couleurs dépassant 90 % de l’espace colorimétrique DCI-P3 (Digital Cinema Initiatives – Protocol 3), la référence en matière de précision des couleurs dans le cinéma numérique.

« Même si vous avez fabriqué des points quantiques, vous devez garantir leur stabilité à long terme pour qu’elles soient utiles », déclare M. Lee. « Les technologies de pointe de Samsung en matière de synthèse de points quantiques à base de phosphure d’indium (InP) et de production de films témoignent de la profonde expertise technique de Samsung. »

Les véritables téléviseurs QLED utilisent des points quantiques pour créer des couleurs

« La légitimité d’un téléviseur à points quantiques réside dans le fait qu’il exploite ou non l’effet de confinement quantique. »

— Taeghwan Hyeon, Université nationale de Séoul

L’intérêt croissant pour les points quantiques dans l’ensemble de l’industrie a entraîné l’apparition d’une grande variété de produits sur le marché. Néanmoins, tous les téléviseurs à points quantiques ne sont pas égaux : les points quantiques doivent contribuer suffisamment à la qualité réelle de l’image.

▲ Taeghwan Hyeon

« La légitimité d’un téléviseur à points quantiques réside dans le fait qu’il exploite ou non l’effet de confinement quantique », explique M. Hyeon. « La première condition fondamentale est d’utiliser les points quantiques pour créer de la couleur. »

« Pour être considéré comme un véritable téléviseur à points quantiques, ceux-ci doivent servir de matériau central de conversion de la lumière ou de matériau principal d’émission de lumière », ajoute M. Lee. « Pour les points quantiques convertisseurs de lumière, l’écran doit contenir une quantité suffisante de points quantiques en vue d’absorber et de convertir la lumière bleue émise par l’unité de rétroéclairage. »

▲ Doh Chang Lee

« Les films doivent contenir une quantité suffisante de points quantiques pour être efficaces », répète M. Sohn, soulignant l’importance de la teneur en points quantiques. « Samsung QLED utilise plus de 3 000 parties par million (ppm) de matériaux à points quantiques. 100 % des couleurs rouge et verte sont produites par des points quantiques. »

Samsung a commencé à développer la technologie des points quantiques en 2001 et, en 2015, a présenté le premier téléviseur à points quantiques sans cadmium au monde, le téléviseur SUHD. En 2017, l’entreprise a lancé sa gamme QLED haut de gamme, consolidant ainsi sa position de leader dans le secteur des écrans à points quantiques.

Dans la deuxième partie de cette série d’entretiens, Samsung Newsroom examine de plus près la façon dont Samsung a non seulement commercialisé la technologie des écrans à points quantiques, mais a également mis au point un matériau à points quantiques sans cadmium – une innovation reconnue par des chercheurs en chimie lauréats du prix Nobel.

¹ Lorsqu’un matériau semi-conducteur est à l’état massif, la bande interdite reste fixée à une valeur caractéristique du matériau et ne dépend pas de la taille des particules.

Samsung Electronics Co. a annoncé aujourd’hui que la feuille à points quantiques (QD) utilisée dans ses téléviseurs QD a reçu la certification de conformité à la directive sur la restriction des substances dangereuses (RoHS) et que l’absence de cadmium a été vérifiée par l’institut de certification mondial, la Société Générale de Surveillance (SGS).

SGS, dont le siège se trouve à Genève, en Suisse, est un organisme d’essai et de certification de premier plan qui fournit des services visant à garantir que les organisations respectent des normes de qualité et de sécurité rigoureuses dans divers secteurs, notamment les produits électroniques, l’alimentation et l’environnement.

Outre la reconnaissance par SGS de la technologie sans cadmium du film à points quantiques de Samsung, la conformité de l’entreprise à la directive RoHS de l’UE garantit la sécurité de l’expérience télévisuelle.

« Les téléviseurs à points quantiques de Samsung reposent sur une technologie sûre qui respecte les restrictions relatives aux substances dangereuses tout en offrant une qualité d’image inégalée », a déclaré Taeyong Son, Executive Vice President of Visual Display Business chez Samsung Electronics. « L’obtention de la certification SGS valide pleinement la sécurité de nos produits. Forts de cette reconnaissance, nous nous engageons à poursuivre le développement de technologies d’affichage durables. »

Samsung a commencé à étudier la technologie des points quantiques en 2001, et son engagement continu en matière de recherche et d’investissement l’a placée à la pointe de l’innovation sur le marché mondial des écrans.

Après avoir développé le premier matériau à points quantiques sans cadmium en 2014, Samsung a lancé des téléviseurs dotés de cette technologie l’année suivante. Depuis lors, l’entreprise est à la pointe de la technologie des points quantiques grâce à des avancées constantes.

Samsung a notamment réussi à créer un matériau à base de nanocristaux sans cadmium et a obtenu environ 150 brevets pour cette technologie. Grâce à cette vaste expertise et à ses progrès technologiques, l’entreprise a ouvert l’ère des téléviseurs à points quantiques plus sûrs, fabriqués avec des matériaux qui ne contiennent aucune substance nocive.

Quantum Dots : la nouvelle génération d’écrans

Les Quatum Dots se composent de particules semi-conductrices nanométriques, soit des dizaines de milliers de fois plus fines qu’un cheveu. Leurs caractéristiques leur permettent d’offrir un niveau exceptionnel de précision des couleurs et de luminosité.

Utilisés dans les écrans, les Quantum Dots restituent une large gamme de couleurs correspondant fidèlement à ce que perçoit l’œil humain. De plus, cette technologie facilite le contrôle de la luminosité au niveau du pixel, pour des noirs plus précis. En émettant de la lumière dans toutes les directions, les Quantum Dots offrent une luminosité et des couleurs homogènes, quel que soit l’angle de vue – le tout en réduisant la quantité de lumière bleue émise pour un plus grand confort visuel.

▲ Téléviseurs SUHD au CES 2015

Qu’est-ce qui différencie les téléviseurs QD de Samsung ? Quantité, qualité de la couche de points quantiques et technologie sans cadmium

L’industrie des téléviseurs poursuit ses travaux de recherche et de développement en vue de la commercialisation des points quantiques, car ce matériau change la donne en matière de technologie d’affichage. C’est pourquoi une variété de téléviseurs Quantum Dots a récemment fait son apparition sur le marché, offrant aux clients diverses options..

La principale force des téléviseurs à Quantum Dots réside dans leur qualité d’affichage exceptionnelle. Afin de garantir la meilleure expérience visuelle, plusieurs facteurs doivent être pris en compte : la densité des points quantiques, la qualité de la couche de Quantum Dots et l’utilisation de matériaux sans cadmium notamment

▲ Facteurs à prendre en compte lors du choix d’un téléviseur à points quantiques de haute qualité

Densité des points quantiques

La véritable qualité d’un téléviseur à Quantum Dots est définie par la concentration de ces points. Des concentrations plus élevées de points quantiques dans la couche QD sont nécessaires pour obtenir la qualité d’image et l’expression des couleurs vives, qui ont fait la réputation des téléviseurs QLED.

Couche de Quantum Dots

Les téléviseurs à points quantiques ont une structure plus simple et plus efficace que les écrans LCD. Les téléviseurs QLED de Samsung ne nécessitent pas l’ajout une couche de phosphore séparée, ce qui augmente la luminosité et le rendement énergétique tout en émettant des couleurs plus vives.

Un écran OLED à Quantum Dots (QD-OLED), composé d’un transistor en couches minces[1], d’une source lumineuse auto-émettrice et d’une couche de Quantum Dots, va encore plus loin en matière de qualité d’image. Dans les deux cas, une densité suffisante est essentielle pour offrir une qualité d’image et une durée de vie supérieures.

▲ Comparaison entre les écrans QD-OLED et les écrans LCD

Zéro cadmium

Aux premières heures des téléviseurs à Quantum Dots, le cadmium était crucial pour obtenir la reproduction des couleurs et le contraste qui caractérisent cette technologie. Le cadmium était alors considéré comme le matériau le plus efficace pour y parvenir.

Néanmoins, la toxicité du cadmium est devenue un obstacle important à la commercialisation des Quantum Dots. Bien qu’il s’agisse du matériau le plus adapté à la mise en œuvre de cette technologie, le cadmium constitue une menace pour l’environnement et n’est pas compatible avec utilisation à grande échelle. Son utilisation est par ailleurs réglementée en Europe[2].

Face à ce défi, Samsung a concentré son expertise dans le développement et la commercialisation de solutions alternatives basées sur l’indium. Grace à ses démarches, Samsung utilise des Quantum dots sans cadmium dans ses téléviseurs depuis 2015.

10 ans d’innovation et de leadership dans ce domaine

Samsung, qui a rapidement reconnu le potentiel des Quantum Dots, mène l’innovation sur le marché mondial des écrans depuis 10 ans grâce à des recherches continues.

▲ Chronologie du développement des Quantum Dots par Samsung de 2001 à 2022

Samsung a entamé ses recherches sur les Quantum Dots en 2001, dans un contexte où les connaissances étaient limitées au cadmium. Pour obtenir des couleurs vives, il était nécessaire d’uniformiser les particules de taille nanométrique. Toutefois, le manque de technologie et de recherche rendait la production de masse extrêmement difficile.

Malgré les obstacles, Samsung a réussi à concevoir un matériau à base de nanocristaux sans cadmium et en utilisant de l’indium en 2014. Depuis, Samsung développe une expertise protégée par plus de 150 brevets et travaille continuellement à la progression de la technologie. Samsung a introduit cette innovation sur le marché en 2015 en lançant les premiers téléviseurs SUHD au monde utilisant la technologie des points quantiques sans cadmium.

▲  Téléviseurs QLED (75Q8C et 88Q8F) lors de l’événement First Look au CES 2017

Samsung a ainsi continué de parfaire cette technologie et a dévoilé sa gamme QLED en 2017, établissant une nouvelle norme pour les téléviseurs haut de gamme. En intégrant une technologie à Quantum Dots métalliques, Samsung a respecté la norme de couleur DCI-P3 du Digital Cinema Initiatives et a atteint pour la première fois un volume de couleur de 100 %, offrant une expression des couleurs inégalée[3]. La technologie des Quantum Dots inorganiques a notamment permis de protéger les écrans contre les effet de brûlures (burn-in)[4].

▲  (De gauche à droite) Kwang-Hee Kim, Dr Taehyung Kim, Dr Eunjoo Jang, Sungwoo Kim et Seon-Myeong Choi du Samsung Advanced Institute of Technology

Après avoir réussi à développer un élément émetteur de lumière rouge en 2019, Samsung a amélioré l’efficacité lumineuse des QLEDs bleus auto-émissifs – considérés comme les plus difficiles à mettre en œuvre parmi les couleurs primaires des QLEDs[5] – pour atteindre 20,2 %, un record sur le marché[6].

« La découverte d’un matériau auto-émissif bleu pour les QLEDs  et la démonstration d’une performance à la pointe de l’industrie au niveau de l’appareil sont les réussites principales de cette recherche », a déclaré Dr Eunjoo Chang, membre du Samsung Advanced Institute of Technology. « La technologie caractéristique des points quantiques de Samsung a une fois de plus surmonté les obstacles techniques. »

Mais cela ne s’est pas arrêté là. Ces développements ont finalement conduit au lancement des téléviseurs QD-OLED, qui sont entrés dans l’histoire lors du CES 2022 en remportant le prix Best of Innovation pour l’intégration de la technologie des points quantiques et des écrans OLED.

Nos derniers modèles Neo QLED vont encore plus loin en remplaçant les LED standard par un plus grand nombre de mini-leds, ce qui donne encore plus de détails, de luminosité et de couleurs vives. En outre, ils sont même disponibles avec une résolution 8K. Il va sans dire que nous complétons le matériel avec le software les plus récents, notamment AI Upscaling et optimisation, et maintenant Vision AI[7].

Samsung continue de faire progresser la technologie des points quantiques grâce à des innovations permanentes. L’entreprise investira également en permanence dans la technologie d’écrans – de QLED et QD-OLED à Neo QLED – en offrant une luminosité, une précision des couleurs et une fréquence élevées. Grâce aux innovations inégalées de Samsung en matière de points quantiques, l’avenir de la technologie d’affichage est plus brillant que jamais.

[1] Un circuit électronique qui ajuste et contrôle les couches émettrices de lumière

[2] La directive 2002/95 relative à la limitation des substances dangereuses (RoHS) limite l’utilisation du cadmium à 100 ppm pour les matériaux utilisés dans la plupart des produits.

[3] Volume des couleurs: qu’est-ce que c’est et pourquoi est-ce important pour les téléviseurs ? http://bit.ly/2masnPw

[4] Se produit lorsqu’une image statique est affichée trop longtemps, entraînant des distorsions de couleur ou des images fantômes qui restent à l’écran

[5] Rouge, vert et bleu

[6] https://news.samsung.com/global/samsung-electronics-develops-industry-leading-blue-qled-technology

[7] Samsung Vision AI | CES 2025 | GLOBAL