MicroLED

MicroLED , également connu sous le nom de micro-LED , mLED ou μLED est une technologie émergente d'affichage à écran plat composée de matrices de LED microscopiques formant les éléments de pixel individuels . La technologie microLED à semi-conducteurs inorganiques (μLED) a été inventée pour la première fois en 2000 par le groupe de recherche de Hongxing Jiang et Jingyu Lin de la Texas Tech University (TTU) alors qu'ils étaient à la Kansas State University (KSU) . Le premier micro-écran microLED InGaN haute résolution et compatible vidéo au format VGA a été réalisé en 2009 par Jiang, Lin et leurs collègues de la Texas Tech University et III-N Technology, Inc. via la commande active d'une matrice de microLED par un circuit intégré à semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire (CMOS). LCD répandue , les écrans microLED offrent un meilleur contraste , des temps de réponse et une meilleure efficacité énergétique .

Les microLED offrent des besoins énergétiques considérablement réduits par rapport aux écrans LCD conventionnels tout en offrant un contrôle de la lumière au niveau des pixels et un rapport de contraste élevé . La nature inorganique des microLED leur confère un avantage de durée de vie plus longue par rapport aux OLED et leur permet d'afficher des images plus lumineuses avec un risque minimal de brûlure d'écran . Le temps de réponse inférieur à la nanoseconde des μLED présente un énorme avantage par rapport aux autres technologies d'affichage pour les écrans 3D/AR/VR, car ces appareils nécessitent plus de pixels par image, plus d'images par seconde et des temps de réponse rapides (moins d'images fantômes). Les microLED sont capables d'une modulation à grande vitesse et ont été proposées pour les applications d'interconnexion puce à puce.

En 2021 , Sony , Samsung et Konka ont commencé à vendre des murs vidéo microLED . LG , Tianma, PlayNitride, TCL / CSoT , Jasper Display, Jade Bird Display, Plessey Semiconductors Ltd et Ostendo Technologies, Inc. ont présenté des prototypes. Sony vend déjà des écrans microLED en remplacement des écrans de cinéma conventionnels. BOE , Epistar et Leyard ont des projets de production de masse de microLED. Les microLED peuvent être rendues flexibles et transparentes , tout comme les OLED.

Selon un rapport de Market Research Future, le marché des écrans MicroLED atteindra environ 24,3 milliards USD d'ici 2027. Custom Market Insights a rapporté que le marché des écrans MicroLED devrait atteindre environ 182,7 milliards USD d'ici 2032.

Suite au premier rapport sur les microLED à injection électrique basées sur des semi-conducteurs en nitrure d'indium et de gallium (InGaN) en 2000 par le groupe de recherche de Hongxing Jiang et Jingyu Lin , plusieurs groupes se sont rapidement engagés dans la poursuite de ce concept. De nombreuses applications potentielles connexes ont été identifiées. Divers schémas de connexion sur puce de matrices de pixels microLED ont été utilisés par AC LED Lighting, LLC (une société financée par Jiang et Lin) permettant le développement de LED DC/AC haute tension monopuce pour résoudre le problème de compatibilité entre l'infrastructure électrique haute tension et la nature de fonctionnement basse tension des LED et des micro-écrans auto-émissifs à haute luminosité.

Le réseau microLED a également été exploré comme source de lumière pour des applications optogénétiques et pour les communications par lumière visible .

Les premiers micro-écrans et matrices de microLED à base d'InGaN étaient principalement pilotés de manière passive. Le premier micro-écran microLED auto-émissif à commande vidéo InGaN au format VGA ( 640 × 480 pixels, chacun de 12 μm de taille avec 15 μm entre eux) possédant des exigences de basse tension a été breveté et réalisé en 2009 par Jiang, Lin et leurs collègues de Texas Tech et III-N Technology, Inc. (une société financée par Jiang et Lin) via l'intégration entre la matrice de microLED et le circuit intégré CMOS (CI) et le travail a également été publié dans les années suivantes.

Les premiers produits microLED ont été présentés par Sony en 2012. Ces écrans étaient cependant très chers.

Il existe plusieurs méthodes de fabrication d'écrans microLED. La méthode de la puce retournée fabrique la LED sur un substrat en saphir classique, tandis que le réseau de transistors et les bosses de soudure sont déposés sur des plaquettes de silicium à l'aide de procédés de fabrication et de métallisation classiques. Le transfert de masse est utilisé pour saisir et placer plusieurs milliers de LED d'une plaquette à une autre en même temps, et les LED sont collées au substrat de silicium à l'aide de fours de refusion. La méthode de la puce retournée est utilisée pour les micro-écrans utilisés sur les casques de réalité virtuelle . Une autre méthode de fabrication de microLED consiste à coller les LED à une couche de circuit intégré sur un substrat de silicium, puis à retirer le matériau de liaison des LED à l'aide de techniques de fabrication de semi-conducteurs classiques. Le goulot d'étranglement actuel du processus de fabrication est la nécessité de tester individuellement chaque LED et de remplacer celles qui sont défectueuses à l'aide d'un appareil de décollage par laser excimer, qui utilise un laser pour affaiblir la liaison entre la LED et son substrat. Le remplacement des LED défectueuses doit être effectué à l'aide de machines de prélèvement et de placement de haute précision et le processus de test et de réparation prend plusieurs heures. Le processus de transfert de masse à lui seul peut prendre 18 jours, pour un écran de smartphone avec un substrat en verre. Des techniques spéciales de fabrication de LED peuvent être utilisées pour augmenter le rendement et réduire la quantité de LED défectueuses à remplacer. Chaque LED peut avoir une taille aussi petite que 5 μm de diamètre. Les techniques d'épitaxie LED doivent être améliorées pour augmenter le rendement des LED.

Les lasers excimères sont utilisés à plusieurs étapes : le décollage laser pour séparer les LED de leur substrat en saphir et pour éliminer les LED défectueuses, pour la fabrication du fond de panier LTPS-TFT et pour la découpe laser des LED finies. Des techniques spéciales de transfert de masse utilisant des tampons en élastomère sont également à l'étude. D'autres entreprises explorent la possibilité de conditionner 3 LED : une LED rouge, une LED verte et une LED bleue dans un seul boîtier pour réduire les coûts de transfert de masse.

Les points quantiques sont étudiés comme un moyen de réduire la taille des pixels microLED, tandis que d'autres entreprises explorent l'utilisation de phosphores et de points quantiques pour éliminer le besoin de LED de couleurs différentes. Des capteurs peuvent être intégrés dans des écrans microLED.

Plus de 130 entreprises sont impliquées dans la recherche et le développement de microLED. Des panneaux lumineux MicroLED sont également fabriqués et constituent une alternative aux panneaux lumineux OLED et LED conventionnels.

La modulation de largeur d'impulsion numérique est particulièrement adaptée à la commande d'écrans microLED. Les microLED subissent un changement de couleur lorsque l'amplitude du courant change. Les schémas analogiques modifient le courant pour modifier la luminosité. Avec une impulsion numérique, une seule valeur de courant est utilisée pour l'état activé. Ainsi, aucun changement de couleur ne se produit lorsque la luminosité change.

Les écrans microLED proposés actuellement par Samsung et Sony se composent de « boîtiers » qui peuvent être disposés en mosaïque pour créer un grand écran de n'importe quelle taille, la résolution de l'écran augmentant avec la taille. Ils contiennent également des mécanismes pour protéger l'écran contre l'eau et la poussière. Chaque boîtier mesure 36,4 pouces (92 cm) de diagonale avec une résolution de 960 × 540.

Les microLED ont déjà démontré des avantages en termes de performances par rapport aux écrans LCD et OLED, notamment une luminosité plus élevée, une latence plus faible , un rapport de contraste plus élevé , une plus grande saturation des couleurs , un auto-éclairage intrinsèque, une meilleure efficacité et une durée de vie plus longue. Par rapport aux écrans OLED et LCD, les écrans microLED se distinguent par leur combinaison de hautes performances, de durabilité et d'efficacité énergétique. La luminosité ultra-élevée est particulièrement pertinente pour les applications dans les écrans de réalité augmentée qui rivalisent avec la luminosité du soleil dans les environnements extérieurs.

Glo et Jasper Display Corporation ont présenté le premier micro-écran microLED RVB au monde, mesurant 0,55 pouce (1,4 cm) de diagonale, lors de la SID Display Week 2017. Glo a transféré ses microLED sur le fond de panier Jasper Display.

Sony a lancé en 2012 un « Crystal LED Display » de 55 pouces (140 cm) avec une résolution de 1920 × 1080 , en tant que produit de démonstration. Sony a annoncé sa marque CLEDIS (Crystal LED Integrated Structure) qui utilisait des LED montées en surface pour la production d'écrans de grande taille. En août 2019 , Sony propose CLEDIS en écrans de 146 pouces (3,7 m), 182 pouces (4,6 m) et 219 pouces (5,6 m). Le 12 septembre 2019, Sony a annoncé la disponibilité de Crystal LED pour les consommateurs, allant des écrans 1080p 110 pouces (2,8 m) aux écrans 16K 790 pouces (20 m).

Samsung a présenté un écran microLED de 146 pouces (3,7 m) appelé The Wall au CES 2018. [ En juillet 2018, Samsung a annoncé son intention de lancer un téléviseur microLED 4K sur le marché grand public en 2019. Au CES 2019 , Samsung a présenté un écran microLED 4K de 75 pouces (1,9 m) et un écran microLED 6K de 219 pouces (5,6 m). Le 12 juin à l'InfoComm 2019, Samsung a annoncé le lancement mondial de l'écran microLED de luxe The Wall configurable de 73 pouces (1,9 m) en 2K à 292 pouces (7,4 m) en 8K. Le 4 octobre 2019, Samsung a annoncé que les expéditions d'écrans microLED de luxe The Wall avaient commencé.

En mars 2018, Bloomberg a rapporté qu'Apple comptait environ 300 ingénieurs dédiés au développement interne d'écrans microLED. Lors de l'IFA 2018 en août, LG Display a présenté un écran microLED de 173 pouces (4,4 m).

Lors de la Display Week 2019 de SID en mai, Tianma et PlayNitride ont présenté leur écran microLED de 7,56 pouces (19,2 cm) co-développé avec une transparence de plus de 60 %. China Star Optoelectronics Technology (CSoT) a présenté un écran microLED transparent de 3,3 pouces (8,4 cm) avec une transparence d'environ 45 %, également co-développé avec PlayNitride. Plessey Semiconductors Ltd a présenté une plaquette monolithique monochrome bleue GaN sur silicium collée à un écran microLED à matrice active de 0,7 pouce (18 mm) de fond de panier CMOS Jasper Display avec un pas de pixel de 8 μm.

Lors de la Display Week 2019 de SID en mai, Jade Bird Display a présenté ses micro-écrans microLED 720p et 1080p avec des pas de 5 μm et 2,5 μm respectivement, atteignant une luminance de plusieurs millions de candelas par mètre carré. En 2021, Jade Bird Display et Vuzix ont conclu un accord de fabrication conjoint pour la fabrication de projecteurs microLED pour lunettes intelligentes et lunettes de réalité augmentée

Lors du salon Touch Taiwan 2019, le 4 septembre 2019, AU Optronics a présenté un écran microLED de 12,1 pouces (31 cm) et a indiqué que le microLED était à 1 ou 2 ans de la commercialisation de masse. Lors de l'IFA 2019, le 13 septembre 2019, TCL Corporation a présenté son Cinema Wall doté d'un écran microLED 4K de 132 pouces (3,4 m) avec une luminosité maximale de 1 500 cd/m2 ^et un rapport de contraste de 2 500 000∶1 produit par sa filiale China Star Optoelectronics Technology (CSoT) .

En 2024, Samsung a déjà lancé des produits d'affichage microLED, notamment The Wall. La technologie d'affichage microLED de Samsung transfère des LED à l'échelle micrométrique dans des modules LED, ce qui donne lieu à ce qui ressemble à des carreaux muraux composés de grappes de lumières presque microscopiques transférées en masse.

Samsung a également présenté au CES 2024 son écran MicroLED transparent.

LG a également présenté au CES 2024 son écran microLED - LG MAGNIT.

En termes de micro-écrans microLED, Jade Bird Display a lancé une série d'écrans MicroLED de 0,13" qui a une zone active de 0,13" (3,3 mm) en diagonale et une résolution de 640X480 pour les produits d'affichage AR et VR.

Selon un rapport de Bloomberg , Apple travaille sur sa propre conception d'écrans MicroLED. L'introduction de ces écrans mettra fin à la dépendance d'Apple envers Samsung, LG et d'autres fabricants d'écrans, et s'inscrit dans la lignée des autres mesures prises par l'entreprise en vue d' une intégration verticale complète . La transition vers le MicroLED commencera avec l' Apple Watch , les premières montres MicroLED entrant potentiellement sur le marché dès le début de 2026.