Au cœur des lunettes et casques de réalité augmentée se trouvent des micro-écrans d'à peine un centimètre de côté. Ceux-ci concentrent des millions de micro-LED, des sources lumineuses de quelques microns. En particulier, les micro-LED à base de nitrure de gallium (GaN) offrent une luminosité bien supérieure à celle des écrans OLED actuels à base de micro-LED organiques. Une qualité indispensable pour afficher des informations en surimpression sur les verres de lunettes, même dans un environnement très éclairé.
Intégrer les trois couleurs primaires côte à côte
« On sait déjà fabriquer de tout petits écrans monochromes à pas de pixel réduit, confie Marianne Consonni, responsable de laboratoire au département Optique et Photonique du CEA-Leti. En revanche, intégrer à ces dimensions et côte à côte les trois couleurs primaires, le rouge, le vert et le bleu (RVB), représente un vrai défi. »
Les équipes réunies au sein de Propolys ont alors décidé d'explorer une voie innovante : faire croitre successivement sur un même substrat les structures émettant les trois couleurs, plutôt qu'assembler plusieurs écrans monochromes, comme réalisé aujourd'hui.
« Ce process de croissance cristalline (épitaxie) séquentielle couleur par couleur est une approche peu développée ailleurs, » note Bernard Aventurier, responsable de l'intégration filière au laboratoire.
Un projet 100 % CEA-Leti
Cette stratégie a été rendue possible en combinant différentes expertises du CEA-Leti. Le projet a mobilisé une vingtaine de chercheurs issus de quatre laboratoires répartis entre le département Optique et Photonique et celui des Plateformes Technologiques.
« La force du CEA-Leti a été ici de réunir sur un même projet toutes les compétences nécessaires, depuis le développement des matériaux jusqu'à leur intégration technologique pour la fabrication des micro-LED, sur des équipements et des procédés compatibles avec une industrialisation, » insiste Marianne Consonni.
Une complémentarité des métiers rarement rencontrée, qui a permis d'ajuster en continu les process d'épitaxie et de fabrication des composants.
Des résultats prometteurs, des briques technologiques validées
Les résultats sont particulièrement encourageants. Au terme des quatre années de recherche, les équipes ont ainsi obtenu les trois couleurs bleue, verte et rouge sur un substrat GaN sur silicium 200 mm. Ils ont su enchaîner plusieurs séquences d'épitaxie sur ce même substrat pour produire du bleu et du vert côte à côte au pas de 5 µm. Surtout, ils ont développé un procédé d'intégration compatible avec la réalisation d'un micro-écran.
« Nous avons validé toute la chaîne de cette nouvelle approche et prouvé la faisabilité de cette filière technologique, » se réjouit Marianne Consonni.
Vers un écran complet avant un transfert industriel
Cette intégration monolithique constitue un point clé pour les futurs développements industriels, sur un marché aussi prometteur que concurrentiel. Le développement d'un écran RVB complet reste toutefois conditionné à de nouveaux progrès.
« La suite se joue désormais sur deux fronts, résume Bernard Aventurier. Améliorer les performances des matériaux, notamment pour la couleur rouge, et explorer des voies alternatives qui s'appuient sur les savoir-faire développés dans le projet. »
Les connaissances acquises dans le cadre de Propolys constituent désormais une base solide pour poursuivre le développement de micro-écrans couleur et préparer de futurs partenariats industriels.
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| | Légende photo : « Image de microscopie en fluorescence de sous-pixels bleus et verts au pas de 5 µm réalisés par épitaxie séquentielle sur substrat GaN/Si 200 mm » | |