La perspicacité, la collaboration et la persévérance ont permis au centre de recherche Imec de réaliser une percée majeure dans la production des futurs écrans OLED pour mobiles.
Les écrans de nos smartphones gagnent en complexité. Ils occupent désormais presque toute la surface, ne laissant plus de bordure pour l'appareil photo, les capteurs de lumière ou d'empreintes digitales, qui doivent s'intégrer sous l'écran. Cela exige que l'écran laisse passer la lumière extérieure vers les capteurs tout en affichant une image nette à fort contraste.
La résolution des écrans OLED reste un défi majeur, non seulement pour les smartphones, mais aussi pour les applications émergentes comme la réalité augmentée (RA) et la réalité virtuelle (RV). Tung-Huei Ke et Pawel Malinowski, chercheurs chez Imec, expliquent : « Actuellement, des résolutions jusqu'à 3000 pixels par pouce (ppi) sont atteignables avec des OLED blancs et des filtres de couleur. Pour les prochaines générations, l'industrie vise 6000 ppi, nécessitant des pixels d'un micromètre, un ordre de grandeur inférieur aux standards actuels. »
Les méthodes traditionnelles comme l'impression par jet d'encre ou le dépôt sélectif en phase vapeur avec masques atteignent leurs limites. Une alternative prometteuse émerge : la photolithographie.
Tung-Huei Ke : « La lithographie, utilisée pour les puces informatiques à l'échelle nanométrique, semblait incompatible avec les OLED, sensibles à la température et à l'humidité. Les essais précédents avaient échoué rapidement. »
Pourquoi Imec a-t-il réussi ? Grâce à l'expertise transversale d'une petite équipe, un management encourageant l'expérimentation et le soutien de partenaires clés.
Tung-Huei Ke : « Il y a dix ans, lors de travaux sur les cellules solaires organiques, nous avons collaboré avec Fujifilm. Leurs échantillons de photoresists et l'expertise de Nakamura-san ont permis des premiers résultats encourageants avec un budget R&D modeste. »
Pawel Malinowski : « Paul Heremans, notre chef de groupe, a proposé d'appliquer cette technique aux LED organiques plus complexes. Tung-Huei combinait rare expertise en lithographie et OLED, alors encore émergents. »
En 2013, Imec publie son premier communiqué sur les photoresists pour OLED lithographiques. S'ensuivent des années de R&D intensive. Pawel Malinowski : « Une période exaltante où notre petite équipe se complétait parfaitement. »
Tung-Huei Ke : « Avancées progressives : du premier pixel luminescent en 2013 (deux minutes de vie !) à deux couleurs un an plus tard, puis trois (RVB). Chaque étape requérait des optimisations matérielles et processuelles. »
Peu de littérature existait ; tout était expérimental en chimie organique.
Une fois les pixels RVB validés, focus sur la durée de vie. Dès 2015-2016, discussions avec les fabricants d'écrans.
Pawel Malinowski : « Un roadshow asiatique a initié des projets concrets. »
En 2017, résultats records en taille/espacement de pixels et durée de vie améliorée. Pawel : « Notre échantillon a brillé à Touch Taiwan malgré conditions extrêmes, prouvant sa robustesse. »
Tung-Huei Ke : « Analyse rigoureuse des défauts sur les douzaines de couches OLED, grâce à l'infrastructure unique d'Imec en fiabilité électronique. Seuls nous avons réussi cette prouesse. »
Pawel Malinowski : « Projets parallèles comme l'OPD (photodiode organique) pour capteurs sous écran. Lithographie pour 'trous' transparents sans endommager les pixels. Prix du meilleur prototype à SID Display Week 2019. »
Fin 2020 : pixels de 10 µm, espacement 20 µm, et 'trous' pour capteurs, sans impact sur luminance.
Obstacle restant : consommation énergétique (6,6 V vs cible 3,8 V). Tung-Huei Ke : « Pas d'effet cumulatif ; solution imminente. »
Pawel Malinowski : « Progrès accélérés par l'industrie. »
Tung-Huei Ke : « Essentielle pour innovation OLED en mobiles, AR/VR. Imec, pionnier après 10 ans d'investissement, est prêt à transférer cette technologie. Formation renforcée nécessaire en Europe. »
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