Les points forts de TechBlick
Nous publions cette semaine une série de deux articles qui mettent en lumière la profondeur et l'ampleur de l'innovation dans l'industrie des écrans. Cet article comprend plus de 40 images et graphiques individuels présentant diverses innovations en matière de microLED, microOLEDs, points quantiques, écrans imprimés, phosphores, TFTs, IA dans les écrans, écrans réfléchissants, nanoimpression, AR/VR et au-delà . Vous pouvez consulter la table des matières de cet article ci-dessous.
Dans cet article :
Parier sur la bonne technologie d'affichage pour l'avenir
L'imagerie derrière l'écran et l'IA façonneront l'avenir de la vidéoconférence
Transfert avant induit par laser et soudure photonique pour les écrans microLED de grande surface
Impression à base de cartouches pour le transfert de microLED
Micro-assemblage à commande numérique basé sur la xérographie pour le transfert de microLED et de micropuces
Approche "bande sur bobine" pour la mise à l'échelle d'écrans microLED
Permettre la croissance épitaxiale des LED GaN sur des substrats de grande surface (par rapport aux wafers)
Vers des microOLEDs RVB à haut PPI sans masque et à motifs directs
MicroOLED à haut PPI directement imprimée (via un masque)
Impression de tuiles et transfert/placement de mini- et micro-LEDs
Impression ultra-précise pour la réparation d'écrans
Création d'écrans microLED extensibles à 130 % pour les soins de santé
Établissement de repères pour l'évaluation de la fiabilité des écrans flexibles/roulants
Verre ultrafin avec un rayon de courbure de <2µm
Toutes les innovations mises en avant dans ces articles proviennent de sociétés qui présentent ou exposent à notre prochain LIVE (événement en ligne) sur les innovations et les tendances du marché des écrans. Cet événement aura lieu dans près de deux semaines, les 14 et 16 juillet 2021.
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Parier sur la bonne technologie d'affichage pour l'avenir
Après la disparition du plasma, le LCD domine le marché des téléviseurs depuis plus d'une décennie. On a un jour pensé que l'OLED était une valeur sûre pour la prochaine génération de technologies d'affichage grand format. Après tout, elle offre un contraste infini, des noirs parfaits, des couleurs éclatantes et ses partisans ont longtemps promis que son coût finirait par égaler, voire dépasser, celui du LCD. Mais les OLED n'ont pas réussi à tenir cette dernière promesse.
Entre-temps, le coût des écrans LCD ne cesse de baisser, tandis que les performances et la taille tendent à augmenter : Les Quantum Dots sont déjà répandus dans les téléviseurs LCD haut de gamme et se propagent maintenant dans les modèles de milieu de gamme. Les rétroéclairages MiniLED sont utilisés par la plupart des fabricants de téléviseurs dans leurs modèles phares de 2021. De nouvelles technologies émergent. Les premiers panneaux QD-OLED devraient être disponibles plus tard en 2021. À plus long terme, les microLED, les LED nanorod et les QLED sont autant d'alternatives prometteuses pour les applications TV.
Mais les OLED ne sont pas en reste. De meilleurs matériaux, comme le TADF ou le bleu phosphorescent, pourraient améliorer les performances en termes de luminosité et de couleur, et l'impression à jet d'encre pourrait enfin permettre de tenir les promesses en matière de coût. Cette profusion de nouvelles technologies est passionnante pour le consommateur.
Pour les fabricants d'écrans, elle représente à la fois une opportunité et un casse-tête stratégique : le développement de technologies d'affichage avancées et la mise en place des fabriques coûtent des milliards de dollars. Comment peuvent-ils s'assurer qu'ils misent sur la bonne technologie ?
Au TechBlick, Yole présentera sa vision des tendances technologiques dans l'industrie des écrans, en particulier dans le segment des moyennes et grandes entreprises. Le schéma ci-dessous est un instantané de ces tendances. Dans le domaine des OLED, nous sommes passés de l'émission de bas en haut des OLED blanches. Nous sommes maintenant en transition vers les QD-OLED.
Pour en savoir plus, participez à la prochaine conférence interactive LIVE(online) de TechBlick sur les écrans et l'éclairage : Innovations & Market Trends (14-16 juillet 2021) avec un laissez-passer annuel.
L'imagerie derrière l'écran et l'IA vont façonner l'avenir de la vidéoconférence
De nos jours, nous passons nos journées devant un ordinateur, à enchaîner les appels vidéo. Souvent, la caméra n'est pas bien placée, ce qui donne une impression de maladresse et de manque de naturel à la conversation. En fait, on se plaint souvent que les conversations ne sont pas naturelles et que les indices du langage corporel nous échappent. Cela va changer avec le temps.
Une tendance majeure consiste à prendre des photos à travers l'écran (au lieu de placer la caméra sur le bord supérieur). La vue sera ainsi bien meilleure et plus naturelle. Le défi, bien sûr, est que la transmission à travers l'écran est faible. Pour les écrans LCD, le rapport d'aspect ouvert est d'environ 53 %. De plus, dans l'IR, la transmission est beaucoup plus élevée que dans le visible. En effet, de nombreux fournisseurs développent actuellement des feuilles d'affichage qui sont transparentes aux IR. Cela permettra de placer une source laser LED et une caméra sensible aux IR derrière l'écran.
Les progrès de la vision industrielle joueront un rôle incroyablement important dans les écrans. Des réseaux neutres sont en cours de développement pour offrir une reconnaissance des visages et, plus tard, une correction du regard, du flou, de l'échelle et de la position afin de rendre la conversation aussi naturelle que possible.
Il s'agit d'une tendance extrêmement forte dans le domaine des écrans, tant en termes de développement d'algorithmes que d'écrans transparents aux IR. Tous les acteurs du secteur sont concernés. À TechBlick, vous entendrez l'une des principales équipes de recherche dans le domaine, Microsoft, qui développe des solutions de pointe dans ce domaine.
Pour en savoir plus, participez à la prochaine conférence interactive LIVE(online) de TechBlick sur les écrans et l'éclairage : Innovations & Market Trends (14-16 juillet 2021) avec un Pass annuel.
Transfert avant induit par laser et soudure photonique pour les écrans microLED de grande surface
Holst est à la pointe de l'innovation dans le domaine de l'électronique imprimée, flexible et à grande surface. Ils fixent souvent le tempo et l'orientation de la recherche. Dans le cas présent, ils ont travaillé sur de nombreuses technologies qui, une fois réunies, peuvent permettre l'assemblage rapide de microLED sur de grandes surfaces.
La soudure photonique R2R sur substrat flexible est une excellente méthode qui permet d'accélérer la soudure (fixation) des microLED sur le substrat. Lorsqu'elle est optimisée, elle peut s'effectuer à l'échelle de quelques millisecondes (en comparaison avec les temps de refusion classique pour la soudure ou de thermodurcissement pour les ECA).
Le LIFT (Laser Induced Forward Transfer) permet de transférer rapidement les microLED sur le substrat. Ici, les impulsions d'un laser ultraviolet (excimer) pénètrent par l'arrière du support, qui est transparent. La lumière du laser est absorbée par la fine couche d'adhésif qui a maintenu les µLED sur le support temporaire et la vaporise. Les µLED sont ainsi physiquement expulsées et poussées sur le panneau d'affichage final, qui est placé en contact étroit. L'adhésif sur le panneau de verre final maintient les µLEDs en place. Cette méthode permet de transférer économiquement des LED fabriquées sur du saphir sur de grandes surfaces et à grande vitesse.
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Impression à base de cartouches pour le transfert de microLED
L'un des principaux défis de la fabrication de microLED est un processus de transfert à haut rendement (>>99,999%) et à haut débit. De nombreuses approches ont été développées. Certaines techniques intéressantes impliquent une forme d'impression (transfert par tampon, R2R, etc.). Ici, je ne souligne que deux approches intéressantes.
La première est celle de VueReal qui développe une approche basée sur des cartouches. Le processus est illustré ci-dessous. Ici, le substrat donneur contenant les micro-puces est mis en contact avec le substrat récepteur. Les deux substrats sont ensuite alignés avant que le transfert n'ait lieu. Il est nécessaire d'appliquer un mécanisme de force pour surmonter la force qui maintient les micropuces attachées aux substrats donneurs. Cette force est susceptible d'être une combinaison de facteurs thermiques et mécaniques.
Les partenaires de VueReal ont accès à des outils prêts pour la production de bout en bout, à des microLED et à un processus de cartouche vérifiés à haut rendement (99,999 %), ainsi qu'à un outil de micro-imprimante disponible dans le commerce pour un substrat de 30x40 cm2 utilisant la technologie VueReal.
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Micro-assemblage à commande numérique basé sur la xérographie pour le transfert de microLED et de micro-puces
Un autre développement intéressant, à un stade plus précoce, est celui de Parc, une société de Xerox. L'idée est basée sur l'impression xérographique. Dans ce cas, des micropuces telles que des micro LED GaN sont suspendues dans une solution. Elles sont ensuite coulées sur un substrat à matrice active contrôlant un réseau 2D d'électrodes qui génèrent une force électrostatique pour déplacer spatialement les puces individuelles sous le regard d'une caméra.
Le démonstrateur de 2021 est encore de petite taille (2,5 x 2,5 cm) sur des LED de 50um, sans données de rendement. Le processus d'assemblage est réalisé à l'aide d'un projecteur adressant un réseau de photoswitchs. Le processus d'assemblage, du dépôt désordonné en masse à partir d'un liquide à l'alignement final, est présenté ci-dessous. Actuellement, il est trop lent, mais une amélioration d'un ordre de grandeur pourrait le rendre compétitif.
Le processus présente un potentiel de développement intéressant car il ne nécessite pas de structure spéciale pour les micropuces. L'alignement et le positionnement sont également contrôlés par logiciel, ce qui permet des formes arbitraires et complexes.
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Approche "bande sur bobine" pour la mise à l'échelle des écrans microLED
Il existe de nombreuses innovations incroyables dans le domaine des microLED. Une autre que nous souhaitons mettre en avant concerne la création d'une méthode d'assemblage d'écrans microLED de grande surface à partir d'une approche de type ruban adhésif sur bobine.
Cette méthode est illustrée ci-dessous. Ici, les microLED sont d'abord transférées dans un panneau plus grand, puis découpées en petites tuiles. Les tuiles subissent une étape d'inspection et le matériau de remplissage noir est ajouté pour améliorer le contraste. Les titres sont ensuite ajoutés sur une bobine, créant ainsi une approche "tape-on-reel" permettant la construction de grands écrans microLED à l'aide d'un processus de type SMT ! Il s'agit d'une innovation très intéressante dans le domaine par PlayNitride.
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Permettre la croissance épitaxiale de LED GaN sur des substrats de grande surface (par opposition aux plaquettes)
L'épitaxie est aujourd'hui réalisée sur des plaquettes monocristallines rigides pour fabriquer des LED en GaN. On obtient ainsi des plaquettes de LED de haute qualité et à faible taux de défauts, mais sur des surfaces limitées. Mais que se passerait-il si les LED pouvaient être cultivées sur des substrats de grande surface tels que des feuilles de verre ou de métal ?
iBeam Materials développe une nouvelle technologie pour l'épitaxie de LED de grande surface. En utilisant un substrat en feuille métallique mince, iBeam peut fabriquer des modèles monocristallins pour les LED dans un processus de rouleau à rouleau (R2R). La clé de ce procédé est une couche de cristaux alignés par faisceau d'ions qui se trouve entre la feuille de métal et la couche épitaxiale de GaN. Cela permet de fabriquer des feuilles de GaN épitaxiées sur de très grandes surfaces et potentiellement à très faible coût, ce qui permet l'intégration monolithique de dispositifs optiques et de transistors sur de grandes surfaces.
Cette technologie est très intéressante, bien qu'elle soit encore à un niveau de préparation peu avancé. Elle ne dispose que d'une fraction minuscule, presque négligeable, de l'expérience accumulée par l'industrie des LED sur plaquettes. En fait, il reste encore à évaluer pleinement le QY, la durée de vie, l'économie et d'autres facteurs importants de la croissance des LED GaN sur un substrat de grande surface. Néanmoins, il s'agit d'une approche prometteuse.
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Vers des microOLEDs RVB sans masque, à haute résolution et à impression directe.
Le besoin de micro-écrans lumineux à haute résolution est évident, notamment pour les lunettes AR/VR. Les MicroOLED sont une option technologique mature, surtout lorsqu'il s'agit de la technologie OLED blanche plus filtre de couleur.
Le tableau ci-dessous compare différentes options. L'approche OLED blanche/filtre de couleur a un PPI élevé mais une luminosité limitée (les filtres de couleur gaspillent 1/3 de la puissance). L'OLED RVB directe peut avoir une luminosité plus élevée mais le PPI n'est pas aussi élevé.
L'Imec développe une technologie OLED RVB intéressante basée sur la photolithographie directe des OLED. Au cours des années précédentes, elle avait fait la démonstration d'écrans unicolores. Elle trace maintenant une voie vers des écrans RVB à haute IPP.
Comme circuit de commande, Imec utilise la technologie BEOL pour réaliser des TFTs IGZO permettant des pixels RVB de 3,6µm, correspondant à 7055ppi. En parallèle, l'Imec développe une ligne de fabrication spéciale et un processus unique pour développer des microOLEDs RVB à motifs photolithiques. Le processus proposé est illustré ci-dessous.
Il s'agit encore d'un travail en cours car de nombreux défis doivent être relevés, notamment la minimisation de la dégradation pendant la gravure, l'exposition au plasma, l'échange de chambres, les étapes thermiques et UV, etc. Néanmoins, Imec présentera à TechBlick des résultats montrant qu'il n'y a pas de dégradation observable de la durée de vie des OLED avec et sans patterning (T95@1000 nits >200h).
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MicroOLED à PPI élevé directement dessiné (via un masque)
eMagin est le leader technologique en matière de microOLED RVB à haute PPA et haute luminosité. Au fil des ans, elle a fait d'excellents progrès. Ils sont passés de 20k cd/sqm en 2011 à quelque 7000 cd/sqm en 2021, l'objectif à court terme et à moyen terme (2023) étant respectivement de 10000 cd/sqm et 28000 cd/sqm. En termes de résolution, ils ont progressé de VGA (640x480) à maintenant 2kx2k (2049x2048). Notez que 7k Cd/sqm était pour la résolution WUXGA RGB. Ce produit a des clients bien établis dans le domaine militaire et de l'aviation.
La technologie est basée sur des OLED RVB évaporées via un masque très fin. Le masque est créé par gravure à travers un substrat de silicium revêtu de SiNx par PECVD. Ainsi, les fins motifs RVB sont obtenus par gravure directe et évaporation (pas de photolithographie).
Il s'agit d'une technologie relativement mature avec une clientèle établie dans les secteurs de l'armée et de l'aviation, mais avec une marge d'amélioration encore importante. Les produits sont actuellement tous basés aux États-Unis (voir la salle blanche ci-dessous).
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Impression dans le carrelage et transfert/placement de mini- et micro-LEDs
La technologie Aerosol Jet permet de réaliser des connexions entre la face avant et la face arrière d'un panneau sans vias en verre ni processus sous vide. Aerosol Jet peut imprimer des résolutions élevées, jusqu'à 10 μm, et à un rapport d'aspect élevé, jusqu'à 5 mm du substrat, quelle que soit la topologie. Il peut imprimer 36 000 et 18 000 interconnexions par heure dans les cas de to-edge et de full-wrap, respectivement (tous deux de 0,5 mm de long).
Lors du TechBlick, vous assisterez à une démonstration d'impression à grande vitesse et à haute densité de connexions de la face avant à la face arrière d'un panneau, ainsi qu'à des exemples de réparation de métallisations existantes créées par d'autres méthodes.
La sérigraphie peut également être utilisée dans les écrans micro-LED. Elle peut être utilisée pour remplir les trous d'interconnexion ou pour déposer le matériau de liaison pour les mini- ou micro-LEDs, par exemple des ECA ou de la pâte à braser. De plus, la sérigraphie peut être utilisée pour imprimer les lignes de connexion entre les mini- ou micro-LEDs et le circuit extérieur. Enfin, la sérigraphie peut également imprimer les électrodes enveloppantes. Dans ce cas, le substrat sera tourné avec précision pendant que l'impression a lieu. Cette approche permettra également d'éliminer le recours aux procédés sous vide.
Cette diversité d'applications signifie que la sérigraphie peut avoir sa place, par exemple, dans le remplissage de via, même lorsque des procédés PVD sous vide sont utilisés.
L'image ci-dessous provient d'Applied Materials et montre que des électrodes de bord avec un L/S de 30µm/50µm peuvent être imprimées (l'exemple réel montré est avec un L/S de 40µm/60µm).
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Impression ultra-précise pour la réparation des écrans
L'impression par jet électrohydrodynamique (EHJ) porte la résolution de l'impression numérique fonctionnelle à la gamme de 0,1-1 µm, comme illustré ci-dessous. Dans de nombreux cas, les imprimantes EHJ n'ont qu'une seule buse, ce qui limite leurs applications industrielles car la résolution reste limitée. Scrona développe actuellement un système à 12 têtes d'impression.
L'image ci-dessous (à gauche) montre l'impression de patchs quadratiques à l'aide de la tête d'impression de Scrona. Ces plaques de matériau sont imprimées avec des encres argentées, mais peuvent également être imprimées avec d'autres encres, par exemple des encres à points quantiques. Une application intéressante peut être le dépôt de filtres de conversion de couleur sur des microLEDs.
Ce qu'il est important de noter dans l'image ci-dessous, c'est que l'on peut voir 12 régions identiques qui ont été imprimées par 12 buses sur la tête d'impression de Scrona. Les buses multiples reproduisent essentiellement la sortie et augmentent le débit, jetant les bases d'un système d'ultra-précision à haut débit pour l'industrie.
XTPL développe également une imprimante numérique ultra-précise capable d'imprimer des caractéristiques très fines sur des surfaces planes et non planes en utilisant ses machines spéciales de micro-distribution et son système d'encre à nanoparticules d'Ag hautement visqueux.
Il peut y avoir des applications intéressantes dans l'industrie des écrans également. Dans l'image ci-dessous (à droite, en bas), vous pouvez voir que cette tête d'impression est utilisée pour imprimer des micro-bosses à base de nanoparticules d'argent. Dans un autre exemple (à droite, en haut), le système est utilisé pour réparer les défauts ouverts d'un écran OLED.
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Création d'écrans microLED extensibles à 130 % pour les soins de santé
On a souvent parlé et fait des démonstrations techniques d'écrans extensibles, en se concentrant principalement sur les OLED. Cependant, Royole, le premier à lancer commercialement un écran entièrement flexible dans le monde, a fait la démonstration d'un écran microLED étirable. L'avantage ici est que les microLEDs peuvent avoir des ouvertures plus petites et ne nécessitent pas d'encapsulation comme les OLEDs.
Pour obtenir l'étirabilité, l'approche classique de l'interconnexion île-plus-ondée est utilisée. Ici, une petite ouverture se traduit par des îlots rigides plus petits, ce qui améliore l'étirabilité.
Le processus de production est illustré ici. Le dispositif est fabriqué sur un substrat flexible placé sur un substrat de verre temporaire. Les micrLEDs sont transférées et collées à l'aide de méthodes d'assemblage de microLEDs telles que le pick-and-place, l'impression, etc. L'ensemble du circuit est ensuite délaminé du verre temporaire et encapsulé par un matériau élastomère comme le silicone, le TPE ou le caoutchouc.
Royole a fait la démonstration d'un écran étirable et transparent de 2,7 pouces contenant des LED de 90x150µm avec un pas de pixel de 0,6mm (42 PPI), montrant une extensibilité jusqu'à 130%.
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Établir des repères pour évaluer la fiabilité des écrans flexibles/roulants
Le graphique ci-dessous montre la tendance vers les grands écrans. En même temps, il montre également les transitions dans la technologie d'affichage des téléphones mobiles : LCD, verre OLED, plastique OLED et maintenant écrans pliables/roulants.
La fiabilité de ces écrans pliables/flexibles n'est pas encore aussi mature que celle des dispositifs conventionnels (rigides). Par exemple, comme on peut le voir ici, lors de l'incorporation d'un film de couverture mince ou de verre pour les dispositifs incurvés et pliables, de nouveaux modes de défaillance (plis, délamination, flambage, rayures, impact à faible énergie, ...) deviendront importants. De nouveaux tests de fiabilité devront être définis pour évaluer correctement les performances de ces dispositifs.
Lors de la prochaine conférence de TechBlick, Google présentera les dernières méthodologies de test pour l'évaluation de la durabilité mécanique, environnementale et de surface des écrans pliables.
Verre ultra-fin avec rayon de courbure <2µm
Le verre flexible et pliable a déjà une longue histoire de développement. Je me souviens de la première fois où j'ai vu l'écran flexible de Corning, alors que j'étais encore étudiant, il y a 12 ou 13 ans. La technologie a beaucoup évolué depuis.
En particulier, diverses approches ont été développées pour améliorer la flexion et entraver la formation et la propagation des fissures. Schott est l'un des leaders dans ce domaine et a déjà commercialisé avec succès son verre flexible comme verre de protection dans les téléphones mobiles.
Au TechBlick, Schott présentera ses derniers progrès. Comme indiqué ci-dessous, Schott peut désormais atteindre un rayon de courbure de <2mm.
Partie II :
La profondeur et le souffle de l'innovation dans l'industrie de l'affichage
La chimie du ZnTeSe : une solution pour le vrai bleu dans les QLED ?
Course à l'EQE et à la durée de vie des QLED : dernières avancées
Matériaux OLED TADF imprimables par PVD et jet d'encre avec un PLQY élevé
Vers la nanoimpression R2P de génération 5 pour les écrans AR
Matériaux imprimables à ultra-haut indice de réfraction pour les écrans AR/MR et OLED
Interface visuelle de l'IdO : écrans R2R entièrement imprimés à faible coût
Des écrans d'extérieur réfléchissants qui fonctionnent éternellement à l'énergie solaire ?
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