AMOLED, AMQLED, microLED, AR/VR, etc.
AMOLED : du TFE aux émetteurs RVB imprimés
QLED : du film d'amélioration à l'OLED-QLED en passant par l'AMQLED
Précision et réparation
MicroLEDs : imprimés à chaque étape du processus, de la plaquette à l'écran.
Guides d'ondes pour les écrans AR/VR
Écran R2R à faible coût entièrement imprimé
Dans cet article, je vous montrerai comment différents types d'impression ont et auront un impact sur diverses technologies d'affichage, notamment AMOLED, AMQLED, microLEDs, électrochromique, et au-delà.
La plupart des innovations et des tendances mises en évidence ci-dessous feront partie de la conférence et du salon LIVE(online) de TechBlick sur les innovations en matière d'affichage et d'éclairage, qui se tiendront du 14 au 16 juillet.
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Lors de cette conférence, nous réunissons des intervenants triés sur le volet, chacun représentant une tendance d'innovation importante dans le développement de matériaux d'affichage, les microLED, les écrans flexibles, l'AR/VR, l'éclairage de grande surface, les écrans imprimés, et au-delà.
Parmi les intervenants figurent Dolby, Volvo, Google, Microsoft, GE Research, IBM, Parc (Xerox), Lamar Advertising, Nanosys, VueReal, PlayNitride, Royole, Applied Materials, Universal Display Corp, Morphotonics, Avantama, Enjet, Optomec, Kent Display, DSCC, Yole, Fraunhofer IAP, Nanosys, Schott, Ten Flecs, Metamaterials, iBeam Materials Heilo, imec, C3Nano, Pixelligent, TNO/Holst, XTPL, Scrona, Inuru, OTI Lumionics, QustomDot, Quantum Solutions, etc. Voir le programme complet ici
Les événements sont très interactifs. Ne nous croyez pas sur parole et lisez les témoignages ici !
Avec un seul laissez-passer annuel, vous pouvez participer à cet événement et à tous les événements LIVE (en ligne) futurs de TechBlick pendant 12 mois. En outre, il est possible d'accéder à la bibliothèque croissante de conférences à la demande des événements passés de TechBlick.
AMOLED : du TFE aux émetteurs RVB imprimés
L'impression par jet d'encre a déjà été commercialisée dans les écrans OLED. Elle est utilisée pour le dépôt de la couche organique dans l'encapsulation multicouche en couche mince. Ici, les matières organiques imprimées par jet d'encre agissent comme des couches tampons séparant les couches inorganiques déposées par PECVD. C'est ce qui est illustré ci-dessous. Il s'agit d'un procédé déjà en place.
Exemple de couches tampons organiques imprimées par jet d'encre et durcies par UV dans l'encapsulation de films minces multi-latéraux. L'image provient de Kateeva 2017
L'impression des couches émissives RVB est plus difficile. Cette technologie est en cours de développement depuis au moins 20 ans. En effet, les matériaux OLED traités en solution ont parcouru un long chemin au cours de ces vingt années de développement. Aujourd'hui, les matériaux polymères et les petites molécules traités en solution affichent des performances presque équivalentes à celles des matériaux évaporés.
Les trois graphiques d'évaluation comparative - mis à jour au premier trimestre 2021 - comparent les niveaux de performance pour le rouge, le vert et le bleu imprimés aux versions évaporées. Ici, les systèmes de petites molécules et de matériaux polymères des principaux fournisseurs sont inclus. Nous pouvons constater que les écarts de performance sont désormais largement comblés, en particulier pour le rouge et le vert, ce qui ouvre la voie à une adoption sans trop de pénalités de performance. La durée de vie, en particulier le bleu, doit peut-être être affinée.
Les graphiques comparent les performances des OLED imprimées à celles des matériaux évaporés (au 1er trimestre 2021). Notez que pour le bleu, nous n'avons pas inclus de matériau évaporé de référence car il est difficile de le comparer en raison des coordonnées exactes des couleurs. A la place, nous avons inclus le graphique en bas à droite. Ce graphique date de 2020 (Samsung) et compare le bleu évaporé au bleu imprimé en tenant compte des coordonnées de couleur. Ici, TE et BE désignent respectivement l'émission supérieure et inférieure. Pour en savoir plus sur les principales tendances en matière d'innovation dans le domaine des écrans et de l'éclairage, participez à l'événement LIVE(online) de TechBlick en achetant un laissez-passer annuel du 14 au 16 juillet.
Les machines d'impression et le savoir-faire en matière de processus ont également fait des progrès considérables. L'image ci-dessous présente simplement quelques exemples d'écrans OLED imprimés par jet d'encre. On constate des améliorations tant en termes de taille que de PPI. Ces tendances vont se poursuivre. En effet, certaines fabrications sont en mode de production de masse pour les écrans de 21,6 "pouces depuis 2018. Il y en aura d'autres à venir.
Notez que le dépôt additif ne se limite pas à l'impression à jet d'encre et aux matériaux traités en solution. L'UDC (Universal Display Corp) a adopté une approche intéressante consistant à projeter en phase vapeur des matériaux OLED évaporés, ce qui permet de réaliser une fabrication additive tout en conservant les performances des matériaux évaporés.
Il s'agit d'un dépôt RVB côte à côte d'un additif entièrement évaporé avec les performances du matériau évaporé et une voie vers la mise à l'échelle Gen10. Ceci vient de l'UDC. Pour en savoir plus sur les principales tendances en matière d'innovation dans le domaine des écrans et de l'éclairage, participez à l'événement TechBlick's LIVE(online) en achetant un laissez-passer annuel du 14 au 16 juillet. L'UDC présentera également cette technologie ainsi que ses derniers développements de matériaux.
QLED : du film d'amélioration à l'OLED-QLED à l'AMQLED
Les points quantiques (QD) constituent une réussite majeure. En tant que convertisseurs de couleurs, ils apportent de la valeur aux écrans LCD, OLED et microLED. Ils élargissent la gamme de couleurs des LCD, ce qui leur permet de rester compétitifs en termes de performances par rapport aux OLED. Ils peuvent être utilisés sur les OLED bleues pour réaliser des écrans WCG à grande surface partiellement imprimés avec un excellent contraste. Dans les microLED, ils permettent d'obtenir un affichage RVB à l'aide de LED bleues de petite taille. En outre, il y a l'utilisation des QLEDs dans les écrans réellement émissifs à base de QD.
La principale application reste aujourd'hui les écrans LCD. Ici, le mode d'intégration dominant actuel dans les écrans reste le film en mode amélioration. Je le mentionne ici car les résines remplies de QD sont revêtues de R2R. Un exemple est présenté ci-dessous.
Films d'amélioration de la résine QD revêtus d'une matrice à fente R2R pour étendre la gamme de couleurs des écrans LCD. Pour en savoir plus sur les principales tendances en matière d'innovation dans le domaine des écrans et de l'éclairage, participez à l'événement TechBlick's LIVE(online) avec un laissez-passer annuel du 14 au 16 juillet.
Dans le domaine des points quantiques et des phosphores à bande étroite, vous pourrez entendre les sociétés suivantes : Nanosys, GE Research, Avantama, Heilo Materials, Fraunhofer IAP, Emberion, QustomDots, Quantom Solutions, etc.
Les QD peuvent bien sûr être utilisés comme filtres de couleur/convertisseurs de couleur à la fois sur les écrans LCD et les OLED. L'intégration avec les OLED est particulièrement intéressante. Une approche consiste à déposer un empilement continu de couches bleues (ou plusieurs empilements de couches bleues pour diviser la tension et ainsi prolonger la durée de vie). Pour obtenir du rouge et du vert, des points quantiques (QD) à bande étroite peuvent ensuite être imprimés par jet d'encre sur chaque pixel, agissant comme un filtre de couleur/convertisseur de couleur.
Cette approche est prometteuse car elle permet de réaliser des écrans entièrement émissifs, imprimés et de grande surface, avec une gamme de couleurs et un contraste excellents. Cette approche est activement poursuivie par Samsung (qui cherche à trouver un moyen d'amener les OLED et les écrans émissifs sur de plus grandes surfaces) et par de nombreuses autres entreprises. Des investissements importants de plusieurs milliards de dollars sont consacrés à cette approche.
Cette approche est également intéressante parce qu'elle fournit d'excellents enseignements sur la voie vers le futur AMQLED entièrement imprimé. Les matériaux QLED émissifs en sont à un stade de développement relativement précoce, mais ils promettent d'être la forme ultime d'affichage : imprimés par jet d'encre, grande surface, émissifs, EQE élevé, contrat élevé, minces, WCG, etc.
Le développement de la technologie n'est bien sûr pas simple. Les QD ne contenant pas de cd doivent améliorer l'EQE et la durée de vie, de meilleures compositions de bleu doivent être formulées, les matériaux de la pile entière, y compris les couches de transport, doivent être développés et optimisés, une architecture de dispositif appropriée doit être développée et, enfin, un processus de production de masse de matrice active qui va au-delà du revêtement par centrifugation.
Les progrès sont rapides dans ce domaine et mon objectif n'est pas de détailler tous les développements. Juste pour montrer le niveau de complexité, je présente l'exemple ci-dessous de BOE, qui est un AMQLED de 55 pouces entièrement imprimé par jet d'encre (mai 2021).
Il s'agit d'un IJP 55 pouces AMQLED par BOE. L'EQE et d'autres données de performance ont été rapportées uniquement pour le dispositif QLED spin coated et non pour l'IJP AMQLED. Pour en savoir plus sur les principales tendances en matière d'innovation dans le domaine des écrans et de l'éclairage, participez à l'événement LIVE(online) de TechBlick avec un laissez-passer annuel du 14 au 16 juillet.
Dans le domaine des points quantiques et des phosphores à bande étroite, vous pourrez entendre les sociétés suivantes : Nanosys, GE Research, Avantama, Heilo Materials, Fraunhofer IAP, Emberion, QustomDots, Quantom Solutions, etc.
Précision et réparation
L'impression numérique évolue bien au-delà du jet d'encre. En effet, des approches émergentes améliorent la résolution d'impression jusqu'à la gamme submicronique et/ou permettent le dépôt sur des surfaces non planes. Ces technologies électrohydrodynamiques (à une ou plusieurs têtes), d'aérosols et/ou de micro-distribution peuvent avoir de nombreuses applications potentielles dans l'industrie des écrans.
L'exemple ci-dessous montre comment la micro-distribution peut être déployée pour réparer des défauts ouverts sur une surface AMOLED non plane complexe. Un autre exemple ci-dessous montre comment ce procédé, ou une version avec plusieurs têtes d'impression EHD, peut déposer les matériaux de fixation pour le placement de microLEDs toujours plus petites.
Deux exemples de la façon dont l'impression numérique de précision peut être utilisée dans les écrans OLED et microLED. Ces exemples proviennent de XTPL qui utilise sa machine de microdistribution et ses nanoinks d'argent hautement visqueux. Pour en savoir plus sur les principales tendances en matière d'innovation dans le domaine des écrans et de l'éclairage, participez à l'événement TechBlick's LIVE(online) en achetant un laissez-passer annuel du 14 au 16 juillet.
Dans le domaine de l'impression numérique de précision, vous pourrez entendre Optomec, Enjet, XTPL, Scrona et bien d'autres.
MicroLEDs : imprimées à chaque étape du processus, depuis la plaquette jusqu'au produit fini.
Les microLEDs restent un sujet d'intérêt intense dans l'industrie. Je veux montrer comment l'impression et le R2R peuvent apporter une valeur ajoutée dans ce domaine.
L'un des principaux défis dans la fabrication des microLEDs est un processus de transfert à haut rendement (>>99,99%) 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. Il n'est pas clair s'il s'agit d'un mécanisme mécanique, d'un adhésif thermique (basé sur le matériau ajouté au substrat récepteur), ou d'une combinaison de ceux-ci.
Schéma des étapes du processus impliquées dans l'approche microLED imprimée à base de cartouches de VueReal. Pour en savoir plus sur les principales tendances en matière d'innovation dans le domaine des écrans et de l'éclairage, participez à l'événement LIVE(online) de TechBlick en achetant un laissez-passer annuel du 14 au 16 juillet.
En ce qui concerne l'innovation MicroLED, vous pourrez entendre les témoignages d'Intel, PlayNitride, VueReal, iBeam, Parc, Imec, Applied Materials, etc.
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. Les micropuces assemblées sont ensuite transférées à l'aide d'un rouleau sur le substrat cible final.
Le démonstrateur 2021 est encore de petite taille (2,5 x 2,5 cm) sur des LED de 50um et ne dispose pas de 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.
Le procédé de micro-impression développé au Parc, basé sur l'idée de l'impression xérographique. Pour en savoir plus sur les principales tendances en matière d'innovation dans le domaine des écrans et de l'éclairage, participez à l'événement LIVE(online) du TechBlick en achetant un laissez-passer annuel du 14 au 16 juillet.
En ce qui concerne l'innovation MicroLED, vous pourrez entendre les témoignages d'Intel, PlayNitride, VueReal, iBeam, Parc, Imec, Applied Materials, etc.
L'étape du transfert a fait l'objet d'une attention considérable ces dernières années. Il existe également de nombreuses autres étapes critiques dans la production de microLED. Je le mentionne parce que l'impression et les encres conductrices peuvent jouer un rôle important dans certaines de ces étapes également.
L'exemple ci-dessous, réalisé par Applied Materials, en montre plusieurs. La sérigraphie peut être utilisée pour imprimer des pâtes conductrices pour remplir les vias. Elle peut être utilisée pour imprimer des électrodes de ligne fine entre le panneau avant et le panneau arrière. En outre, elle peut également imprimer des électrodes enveloppantes, reliant les microLED au circuit intégré de commande. Enfin, elle peut imprimer divers adhésifs (soudure, ECA, etc.) pour le placement et le collage des micro LED.
Les images ci-dessus proviennent d'Applied Materials. Elles montrent comment la sérigraphie avancée à lignes fines peut jouer un rôle dans la fabrication de microLED. La sérigraphie peut, sans nécessiter de processus PVD sous vide et de gravure, imprimer des électrodes et des interconnexions à lignes fines, créer des composants électroniques enveloppants, remplir des vias et même placer des matériaux de fixation. Pour en savoir plus sur les principales tendances en matière d'innovation dans le domaine des écrans et de l'éclairage, participez à l'événement LIVE(online) de TechBlick en achetant un laissez-passer annuel du 14 au 16 juillet.
En ce qui concerne l'innovation MicroLED, vous pourrez entendre les témoignages d'Intel, PlayNitride, VueReal, iBeam, Parc, Imec, Applied Materials, etc.
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 de type "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.
Ces images montrent les étapes nécessaires pour créer une approche "bobine sur bande" pour les écrans microLED de grande surface. Cette innovation est signée PlayNitride. Pour en savoir plus sur les principales tendances en matière d'innovation dans le domaine des écrans et de l'éclairage, participez à l'événement LIVE(online) de TechBlick en achetant un laissez-passer annuel du 14 au 16 juillet.
Guides d'ondes pour les écrans AR/VR
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. Ici, par exemple, les formulations à base de zircone et d'oxyde de titane de Pixelligent permettent d'obtenir une résine dont l'indice de réfraction est de 1,857.
Une approche par tuiles peut aboutir à un outil de nanoimpression Gen5 R2P avec séchage UV intégré pour réaliser des nano ou submicrométries avec une fidélité de réplication. Les images ci-dessus proviennent de Morphotonics. Pour en savoir plus sur les principales tendances en matière d'innovation dans le domaine de l'affichage et de l'éclairage, participez à l'événement LIVE(online) de TechBlick avec un laissez-passer annuel du 14 au 16 juillet.
En ce qui concerne la nanoimpression, vous pourrez entendre les principaux innovateurs tels que Meta, Morphotonics et Pixelligent.
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, ce qui crée un maillage métallique de très haute résolution.
Le schéma en bas à gauche montre l'idée d'une nanolithographie UV roulante par Meta (Metamaterials) Inc. Les images en haut à gauche montrent une maille métallique ultra fine. Le tableau de référence montre que ce procédé peut 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.
Des 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 de 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.
Nous avons mis à profit nos 15 années de connaissances dans le domaine des écrans et de l'éclairage pour trier sur le volet une fantastique brochette d'intervenants. Lors du prochain événement LIVE (en ligne) de TechBlick, vous entendrez parler de toutes les tendances clés de l'innovation par les entreprises les plus innovantes.
Avec un seul laissez-passer annuel, vous pouvez participer à cet événement et à tous les événements LIVE (en ligne) futurs de TechBlick pendant 12 mois. En outre, vous pouvez accéder à la bibliothèque croissante des conférences à la demande des événements passés de TechBlick.
Les événements sont très interactifs.
Ne nous croyez pas sur parole et lisez les témoignages ici !
Parmi les intervenants figurent Dolby, Volvo, Google, Microsoft, GE Research, IBM, Parc (Xerox), Lamar Advertising, Nanosys, VueReal, PlayNitride, Royole, Applied Materials, Universal Display Corp, Morphotonics, Avantama, Enjet, Optomec, Kent Display, DSCC, Yole, Fraunhofer IAP, Nanosys, Schott, Ten Flecs, Metamaterials, iBeam Materials Heilo, imec, C3Nano, Pixelligent, TNO/Holst, XTPL, Scrona, Inuru, OTI Lumionics, QustomDot, Quantum Solutions, etc.
[This is automatically translated from English]