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La profondeur et l'ampleur de l'innovation dans l'industrie des écrans (II)

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 :

Les OTFT imprimés : L'heure est enfin venue ?
Amélioration du QY et de la durée de vie des QDs InP
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
KSF vs InP pour les microLEDs : Dernières avancées
QD pérovskite vert qualifié + film phosphore KSF rouge
Vers des QDs pérovskites rouges stables
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
La nanolithographie roulante dans les écrans
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
Cristaux liquides cholestériques : une réussite commerciale pour les surfaces d'écriture fabriquées par R2R
Écrans hors domicile : Exigences et technologies
Des écrans d'extérieur réfléchissants qui fonctionnent éternellement à l'énergie solaire ?

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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Les OTFT imprimés : L'heure de la maturité a enfin sonné ?

Les OTFT existent depuis des années. Elles ont fait fureur pendant des années, mais l'intérêt s'est émoussé ces dernières années. La technologie OTFT a souffert d'une faible mobilité (insuffisante par rapport à l'a-Si), d'une instabilité (par exemple, le décalage de la tension de seuil) et d'un manque d'intérêt pour les applications où elle était utile. Lorsque l'IGZO et d'autres TFT à base d'oxydes métalliques amorphes ont pris de l'importance, l'attention s'est détournée des OTFT. De nombreux grands développeurs de matériaux ont arrêté leurs recherches et se sont délestés de leur propriété intellectuelle.

Cependant, il existe encore des travaux très intéressants. En fait, nous aimerions mettre en avant Smartkem. Le noyau de base de la technologie est une combinaison de petites molécules à haute mobilité et de polymères à faible poids moléculaire, avec des solvants qui permettent au matériau d'être appliqué comme une encre.

Ils rapportent 2cm2/Vs, ce qui est déjà supérieur au silicium amorphe. Ils peuvent être déposés à basse température (80C) sur une large gamme de substrats et peuvent atteindre des niveaux très élevés de pliabilité (par exemple, 5mm). Comme le montrent les données ci-dessous, les OTFT peuvent avoir un courant de repos ultra-faible, comparable à celui de l'IGZO. La stabilité s'est également améliorée.

Il y a un regain d'intérêt parce que Smartkem a montré qu'il peut piloter des fonds de panier matriciels actifs miniLED, ce qui permettrait une gradation locale dynamique, améliorant la position concurrentielle des LCD par rapport aux OLED à contrat élevé.

Smartkem a montré qu'il pouvait piloter des rétro-éclairages avec des niveaux de luminosité allant jusqu'à 85 000 cd/sqm en utilisant un arrangement TFT 2T1C. C'est intéressant car le silicium amorphe aura du mal à fournir suffisamment de courant, le LTPS ne peut pas être adapté à de grandes surfaces et l'IGZO n'est généralement pas facile à mettre en œuvre étant donné les exigences en matière d'uniformité de composition/élémentaire et peut donc augmenter le coût.

Smartkem prend également des mesures pour éliminer les obstacles à l'adoption qui ne sont pas liés aux matériaux. Elle met en œuvre des outils EDA pour permettre la conception de dispositifs. Elle met en place un écosystème de fonderie. Le procédé est compatible avec les lignes de silicium amorphe et le dépôt du matériau organique peut se faire par filière ou par revêtement par centrifugation.

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.

Amélioration du QY et de la durée de vie des QDs InP

Selon les règles RoHS, moins de 0,01 % de la substance en poids au niveau des matières premières homogènes doit être du Cd. La couche active des QLED étant homogène, une solution ne contenant pas de Cd est nécessaire.

Les QDs InP ont fait d'excellents progrès au fil des ans. Ce graphique, établi par Nanosys, illustre les progrès du rendement quantique (QY) au fil des ans.

En 2021, Nanosys a présenté une structure quasi-cubique de QD InP/ZnSeS. Les QDs verts en InP présentent également un FWHM étroit (34 nm) avec un QY élevé (>95 %). La structure quasi-cubique n'expose qu'une facette terminée par Zn ou S, ce qui ne nécessite qu'un seul type de ligand de passivation. Dans les particules sphériques, plusieurs facettes sont exposées, nécessitant idéalement plusieurs ligands. En tant que tel, il est soutenu que les versions quasi-cubiques peuvent avoir une durée de vie x10 fois plus élevée.

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.

La chimie du ZnTeSe : une solution pour le bleu véritable des QLED ?

Le choix des matériaux pour les QLED bleues pose un problème, car les QD d'InP sont adaptés à des longueurs d'onde supérieures à 500 nm, tandis que les QD de ZnSe courants sont adaptés à des longueurs d'onde inférieures à 440 nm. La gamme de longueurs d'onde idéale se situe entre 440 et 460 nm. Il existe donc un vide pour un matériau sans Cd et conforme à la directive RoHS.

Un matériau intéressant est le ZnTeSe. Ici, comme indiqué ci-dessous, de petites quantités de dopage Te peuvent moduler la bande interdite optique. Ainsi, il est possible de synthétiser des émetteurs à bande étroite avec de véritables longueurs d'onde d'émission bleues, comme illustré ci-dessous.

QLED EQE et Lifetime Race : dernières avancées

Deux repères importants sont suivis de près dans le développement des QLED : l'EQE et la durée de vie de T50@100 nits. Ces paramètres ne sont en aucun cas suffisants pour évaluer l'état de préparation de la technologie, mais ils fournissent une indication utile des tendances et de la direction à prendre.

Les graphiques ci-dessous, mis à jour par Nanosys, montrent que les QD sans Cd des trois couleurs (R,G,B) progressent rapidement. Les QD au Cd restent toutefois en tête sur les deux fronts. En particulier, la durée de vie dans le bleu des QDs sans Cd, même à un faible niveau de 100 nits, est en retard d'un ordre de grandeur.

KSF vs InP pour les microLEDs : Dernières avancées

La bataille entre le phosphore rouge KSF et les QDs rouges est intense depuis quelques années. Les QD ont reçu beaucoup d'attention. Cependant, le KSF rouge a connu un succès commercial constant et discret dans les écrans LCD, car il est à bande étroite et peut être ajouté directement à la LED en raison de son niveau élevé de stabilité thermique et de flux lumineux. Le graphique ci-dessous compare l'évolution du marché des KSF rouges par rapport aux QD dans les écrans.

La bataille entre ces deux technologies se déplace sur d'autres fronts. Un luminophore vert à bande étroite est en train d'émerger et améliore le FWHM des luminophores actuels, mais n'est peut-être pas aussi bon que de nombreux QDs. Un marché émergent est celui des convertisseurs de couleur pour les microLEDs. Les phosphores KSF conventionnels sont trop grands pour les microLED. Cependant, comme GE Research le montrera à TechBlick, la taille des phosphores diminue, ce qui pourrait les rendre compatibles avec les microLED.

GE Research estime que l'avantage des phosphores deviendra apparent lorsque des couches épaisses seront nécessaires. C'est ce que montre le graphique ci-dessous. Ceci est principalement dû au fait que les QD souffrent d'auto-absorption et que l'EQE diminuera pour les couches épaisses. Des couches épaisses peuvent être nécessaires pour un rendement lumineux élevé afin d'absorber suffisamment de bleu.

Film phosphorescent vert qualifié de pérovskite QD + rouge KSF

Avantama présente ses derniers travaux sur le développement d'un film qui contient à la fois ses pérovskites vertes à bande ultra étroite sans coquille et les phosphores rouges KSF de GE. Ils ont réussi à mélanger ces deux matériaux différents, avec des constantes de décroissance de la luminosité différentes, dans un film. Essentiellement, ils marient le meilleur des QD et des phosphores, atteignant >90% rec2020 et >99% DCI-P3 avec une haute luminosité (voir le tableau ci-dessous pour le positionnement des performances).

Ils sont les premiers à obtenir la qualification d'affichage. Le tableau ci-dessous présente également les données relatives à la stabilité du soe dans des conditions de chaleur, de lumière et de stress chaleur-lumière.

Vers des QDs stables en pérovskite rouge

Heilo Materials développe des matériaux pérovskites. De manière unique, elle développe également des pérovskites rouges qui se sont avérées insaisissables en raison de leur grande instabilité.

Le graphique ci-dessous montre la proposition clé des pérovskites rouges. Elle présente un FWHM de 31 nm, comparable à celui d'autres technologies. Cependant, ce qui est unique, c'est qu'elle continue à émettre dans le rouge (631m) même lorsque la taille des particules est importante. En d'autres termes, contrairement aux QD traditionnels, sa production ne nécessitera pas un contrôle serré de la distribution de taille (remarque : l'InP rouge devrait généralement avoir une taille d'environ 5 nm avec une distribution de taille serrée).

Heilo Materials divulgue également des données sur la stabilité des QDs rouges. Ces résultats sont impressionnants mais ne sont pas encore proches du niveau de qualification de l'affichage. Comme on peut le voir ci-dessous, le PL montre peu de changement en fonction du temps et de la température d'exposition.

Il s'agit d'un excellent progrès, même s'il faut reconnaître que le domaine des émetteurs étroits rouges est quelque peu encombré sur le plan technologique.

Displays & Lighting: Innovations & Market Trends

14 July 2021, 14:00 – 16 July 2021, 22:40 CEST | Virtual Event Platform

Matériaux OLED TADF imprimables par PVD et jet d'encre avec un PLQY élevé

La TADF (fluorescence retardée activée thermiquement) est une technologie potentielle de nouvelle génération pour les OLED. Elle offre un rendement élevé, car elle permet de récolter les états triplet et singlet. L'un des principaux défis que TADF cherche à résoudre est celui des émetteurs bleus stables et à haut EQE (les OLED phosphorescentes ont un excellent EQE mais un bleu stable s'est avéré difficile à trouver). En outre, TADF cherche également à proposer des alternatives moins coûteuses aux OLED phosphorescentes rouges et vertes qui peuvent également être imprimées par jet d'encre.

Une intéressante start-up polonaise à faible capital, Noctiluca, fait état de résultats intéressants pour ses matériaux TADF bleus. Dans la diapositive ci-dessous, vous pouvez voir une analyse comparative (réalisée par Noctiluca elle-même) montrant comment le PLQY de ses matériaux TADF bleus évaporés et imprimés par jet d'encre se compare à d'autres matériaux disponibles dans le commerce.

Vers la nanoimpression R2P Gen5 pour les écrans AR

Il existe de nombreuses autres utilisations de l'impression ou du R2R/R2P dans l'industrie des écrans. Un autre cas d'utilisation est la nanoimpression R2P (roll-to-plate) pour créer des caractéristiques d'entrée et de sortie de couplage pour les lunettes AV/VR.

Ces éléments d'entrée et de sortie peuvent être réalisés sur des plaquettes de 300 mm, mais le débit est faible. Avec la nanoimpression R2P, le débit peut être considérablement augmenté.

Une approche intéressante est celle de Morphotonics. Ici, ils associent leurs tampons de nanoimpression pour créer une ligne de nanoimpression R2P Gen 5 capable d'obtenir des caractéristiques submicroniques et 480 oculaires par cycle d'impression. Le processus de nanoimpression R2P nécessite des résines sans solvant à haut indice de réfraction.

La nanolithographie roulante dans les écrans

La nanoimpression peut avoir de nombreuses utilisations dans le domaine des écrans, même au-delà de l'AR/VR. Un exemple est le développement de films conducteurs transparents à mailles métalliques hautement transparents et hautement conducteurs.

Un exemple est celui de Meta (Metamaterials) Inc. Elle dispose d'un système de lithographie par roulement. Ici, la lumière UV est enveloppée dans un masque souple enroulé. La nanolithographie par roulement est utilisée pour créer des expositions submicroniques sur un substrat métallique recouvert de résine photosensible. Le photorésist est ensuite gravé, créant ainsi un maillage métallique de très haute résolution.

Le tableau d'analyse comparative montre que ce procédé permet de créer des films ultra transparents et hautement conducteurs. Actuellement, la largeur de la bande est de 300 mm, mais elle pourrait être portée à 1-1,2 m.

Matériaux imprimables à ultra-haut indice de réfraction pour les écrans AR/MR et OLED

Les matériaux à haut indice de réfraction sont souvent nécessaires dans les écrans. Dans les écrans AR/MR proches de l'œil, ils sont nécessaires dans les guides d'ondes optiques. Dans les écrans ou les lumières OLED, ils peuvent améliorer l'efficacité du découplage. Ils peuvent également être utilisés dans les optiques imprimées en 3D.

Lors de la prochaine conférence de TechBlick, vous entendrez Pixelligent, qui a développé une gamme de résines à indice de réfraction élevé à ultra-élevé, durcissables aux UV, pour la lithographie par nanoimpression (NIL) et les applications à jet d'encre.

Les ensembles de matériaux communs, comme illustré ici, sont des nanoparticules de titane (TiO2) ou de zircone (ZrO2) qui peuvent être coiffées de différents ligands pour être compatibles avec divers solvants.

Les tableaux de l'image montrent également leur feuille de route annoncée, qui sera discutée. Il existe un moyen de s'approcher d'un indice de réfraction >2,0 en utilisant la chimie des nanoparticules de titane.

Displays & Lighting: Innovations & Market Trends

14 July 2021, 14:00 – 16 July 2021, 22:40 CEST | Virtual Event Platform

Cristaux liquides cholestériques : une réussite commerciale dans le domaine des surfaces d'écriture fabriquées par R2R

Les tablettes d'écriture utilisent un liquide à cristaux liquides cholestériques (ChLC) confiné dans un réseau polymère qui module le flux de ChLC causé par le changement de volume dû à la pression appliquée pendant le processus d'écriture. Le dispositif est initialement dans une texture Focal Conic (FC) qui permet à la lumière de passer à travers pour être absorbée et/ou réfléchie par le fond. Le flux perturbe la texture FC réorientant le ChLC vers une texture planaire (P) qui reflète une partie de la lumière ambiante dans une longueur d'onde sélectionnée par Bragg.

L'énergie n'est utilisée que pendant le processus d'effacement grâce aux propriétés bistables des ChLC. L'ingénierie des propriétés morphologiques et mécaniques du réseau de polymères permet à Kent Displays de créer d'innombrables applications allant des appareils portables aux panneaux de grande surface sous la marque Boogie Board.

Cette technologie est mince, flexible et de faible puissance. Elle est fabriquée en R2R. La surface sera écrite lorsqu'une pression y sera appliquée à l'aide de n'importe quelle pointe d'outil, même un ongle.

Interface visuelle de l'IdO : écrans R2R à faible coût entièrement imprimés.

L'impression joue également un rôle dans les affichages simples (c'est-à-dire segmentés), à faible coût et à grand volume, avec des applications dans les emballages intelligents et au-delà. Les écrans électrochromiques imprimés R2R en sont un exemple. L'un des principaux acteurs dans ce domaine est Ynvisible. L'ensemble d'images à gauche ci-dessous montre des instantanés d'une ligne R2R complète (imprimante et conversion).

Ce niveau de production R2R automatisée constitue un réel progrès dans le domaine. Les images de droite montrent quelques exemples d'applications. Il existe de nombreuses applications dans les emballages intelligents, les capteurs IoT, les indicateurs omniprésents à faible coût, etc.

Affichages hors domicile : Exigences et technologies

La publicité hors domicile (OOH) est une activité très ancienne qui remonte à l'époque des Égyptiens. Les pharaons utilisaient des obélisques pour communiquer et promouvoir leurs services auprès du public. Plus récemment, l'affichage a évolué, passant de l'affichage de publicités de vaudeville sur des clôtures à des écrans numériques à LED le long des rues et des autoroutes. Au cours des 15 dernières années, les écrans numériques LED ont connu un essor considérable, permettant un contenu rapide et dynamique. Un exemple, réalisé par Lamar Advertising, est présenté ci-dessous à gauche.

Il s'agit d'un domaine à fort potentiel d'innovation. Lors du TechBlick, vous entendrez l'un des principaux utilisateurs finaux, Lamar Advertising, vous expliquer comment les innovations en matière d'écrans LED améliorés et de technologie d'affichage réfléchissante, ainsi que les systèmes solaires et les batteries, peuvent façonner l'avenir des écrans publicitaires.

Des affichages extérieurs réfléchissants qui fonctionnent éternellement à l'énergie solaire ?

Les écrans réfléchissants ont donné naissance aux lecteurs électroniques, entre autres. Cependant, une technologie d'affichage réfléchissant est basée sur la technologie d'affichage par électrophorèse (EWD). Cette technologie a une longue histoire de développement mais n'a pas connu le succès de l'électrophorèse.

L'EWD se concentre désormais sur le segment de marché de la signalisation extérieure.

La raison en est qu'elle a le potentiel d'une proposition de valeur forte. Sa faible consommation d'énergie signifie qu'elle peut être alimentée en permanence par l'énergie solaire, ce qui permet d'économiser les coûts d'installation, d'énergie et, surtout, de maintenance. Cela signifie également qu'il ne sera pas nécessaire de creuser pour installer des lignes électriques, des batteries, etc.

Au TechBlick, Etulipa, le leader technologique de l'EWD basé à Eindhoven, présentera les dernières avancées technologiques et applicatives dans ce domaine.