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DISPLAY backliGHT illumination by femtosecond laser micromachining

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Une innovation laser illumine le secteur des écrans électroniques

Les progrès accomplis dans le domaine du micro-usinage laser de pointe pourraient déboucher sur la production d’écrans électroniques plus efficaces, et ouvrir de nouvelles possibilités pour les concepts de vision 3D, et même pour la technologie de la réalité augmentée.

Technologies industrielles

Les lasers femtosecondes émettent des impulsions extrêmement courtes, de l’ordre du millionième de milliardième de seconde. Le micro-usinage est l’une de leurs applications principales et consiste à fabriquer des structures de taille micrométrique. «La durée extrêmement courte de l’impulsion, associée à l’intensité élevée du pic correspondant, permet de modifier les matériaux de manière propre et précise», explique Roberto Osellame, coordinateur du projet DISPLAYGHT affilié au Conseil national italien de la recherche (CNR). Un autre élément intéressant réside dans leur capacité à modifier – en 3D – des matériaux transparents comme le verre ou le cristal. Dans ce cas, les lasers femtosecondes peuvent être utilisés pour graver des circuits photoniques, c’est-à-dire des canaux micrométriques où la lumière reste confinée et est acheminée à l’intérieur du verre. Ces circuits peuvent être utilisés dans les affichages à cristaux liquides (LCD) que l’on trouve dans les écrans de télévision et les autres types d’affichages électroniques. Bien entendu, tout cela n’est pas si simple à mettre en œuvre. «Il faut tenir compte du fait qu’un écran classique comporte des millions de pixels, parmi lesquels la lumière doit être distribuée aussi uniformément que possible», explique Roberto Osellame. «Cela représente un défi important. Des circuits photoniques complexes doivent être gravés avec un contrôle incroyablement précis.»

Une conception de circuits en 3D

Roberto Osellame a rencontré Jonas Zeuner et Chiara Greganti, cofondateurs de la start-up VitreaLab lors d’un projet de recherche sur les technologies quantiques. En tant que doctorants, ils ont constaté que les technologies d’affichage actuelles n’orientaient que 5 % de la puissance lumineuse générée vers l’observateur. La solution qu’ils ont proposée consiste à utiliser des circuits photoniques pour acheminer l’intégralité de la lumière vers les endroits appropriés (autrement dit vers les pixels) et éviter ainsi tout gaspillage d’énergie. «Ma technologie, reposant sur le micro-usinage par laser femtoseconde, semblait parfaitement adaptée», indique Roberto Osellame. «C’est comme cela que le projet DISPLAYGHT a débuté.» DISPLAYGHT avait pour ambition de démontrer qu’il était faisable de fabriquer ces structures de circuits très complexes et d’automatiser au maximum ce processus, afin d’atteindre un débit de production élevé. Ces avancées ont permis à l’équipe de construire des circuits photoniques complexes capables de distribuer la lumière laser rouge, verte et bleue vers les pixels d’un écran. Cette lumière est invisible tant qu’elle reste dans le circuit photonique, mais grâce aux capacités 3D de cette technologie, il est possible de courber le circuit au niveau du pixel et d’orienter la lumière dans la direction du spectateur. L’équipe du projet a été en mesure de présenter un prototype de 27 000 souspixels dans les trois couleurs, ce qui a permis de répondre à une préoccupation majeure des investisseurs, concernant le passage à l’échelle supérieure. «Ces connaissances nous ont également permis d’augmenter considérablement notre portefeuille de brevets, un autre aspect essentiel susceptible d’attirer les investisseurs», ajoute Jonas Zeuner.

Éveiller l’intérêt du secteur industriel

Le succès du projet, financé par le Conseil européen de la recherche, a permis à VitreaLab de connaître une croissance importante. L’entreprise dispose désormais d’un laboratoire indépendant dédié à plusieurs applications cibles, a levé des fonds importants et a établi des liens solides avec des clients potentiels. «L’industrie s’est montrée très intéressée», déclare Jonas Zeuner. «Au début du projet, l’application ciblée concernait l’utilisation des verres fabriqués au laser pour le rétroéclairage des écrans LCD. Mais au cours du projet, un certain nombre d’applications supplémentaires ont été identifiées, notamment les écrans 3D et les lunettes de réalité augmentée.» Des prototypes sont actuellement expédiés à des partenaires potentiels, leurs réactions contribuant à définir les priorités futures. Des travaux supplémentaires s’avèrent toutefois nécessaires avant que la technologie ne puisse être commercialisée. «En particulier, l’évolution vers la fabrication laser multifaisceaux, une étape essentielle pour assurer une fabrication à faible coût, nécessitera des développements supplémentaires», explique Roberto Osellame.

Mots‑clés

DISPLAYGHT, lasers, micro-usinage, électronique, LCD, pixels, photonique, circuits

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