Avec la mise en place des écrans flexibles derrière nous, beaucoup se sont demandé quel serait le prochain grand développement de la technologie d’affichage.

Récemment, les écrans de forme libre¹ ont gagné du terrain en tant que technologie de nouvelle génération qui permettra à la fois des visuels haute résolution et la portabilité. Alors que la technologie en est encore à ses balbutiements, des recherches importantes ont été menées sur les écrans extensibles (une technologie de base pour les écrans de forme libre) qui peuvent être étirés dans toutes les directions comme des élastiques pour changer leurs formes.

Affichage extensible et avancées des capteurs

Le 4 juin, des chercheurs du Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), le centre de R&D de Samsung dédié aux futures technologies de pointe, ont publié des recherches² dans la revue de renommée mondiale « Science Advances » sur une technologie qui surmonte les limites des appareils extensibles.

Grâce à cette étude, des performances stables dans un dispositif extensible avec un allongement élevé ont été obtenues. Cette recherche a également été la première dans l’industrie à prouver le potentiel de commercialisation des dispositifs extensibles, étant donné que la technologie est capable d’être intégrée aux processus de semi-conducteurs existants.

L’équipe de recherche SAIT a pu intégrer un écran LED organique extensible (OLED) et un capteur de photopléthysmographie (PPG) dans un seul appareil pour mesurer et afficher la fréquence cardiaque de l’utilisateur en temps réel, créant ainsi le facteur de forme « peau électronique extensible ». . Le succès de ce cas de test prouve la faisabilité d’étendre la technologie à d’autres applications. On s’attend à ce que cette recherche augmente l’adoption des dispositifs extensibles à l’avenir.

▲ L’équipe de recherche du SAIT qui a démontré la viabilité des dispositifs extensibles : Jong Won Chung, chercheur principal du SAIT Organic Material Lab (co-premier auteur), chercheur principal Youngjun Yun (auteur correspondant) et chercheur personnel Yeongjun Lee (co-premier auteur)

Écran OLED « Skin » pouvant être étiré jusqu’à 30 %

L’une des plus grandes réalisations de cette recherche a été que l’équipe a pu modifier la composition et la structure de « l’élastomère », un composé polymère doté d’une excellente élasticité et résilience, et d’utiliser les processus de fabrication de semi-conducteurs existants pour l’appliquer aux substrats des écrans OLED extensibles. et des capteurs optiques de débit sanguin pour la première fois dans l’industrie. L’équipe a ensuite pu confirmer que le capteur et l’écran continuaient de fonctionner normalement et ne présentaient aucune dégradation des performances avec un allongement allant jusqu’à 30 %.

SAIT Proto System

Pour mettre leurs recherches à l’épreuve, les chercheurs du SAIT ont attaché des capteurs de fréquence cardiaque PPG extensibles et des systèmes d’affichage OLED à l’intérieur du poignet près de l’artère radiale.³ Cela leur a permis de confirmer que le mouvement du poignet n’entraînait aucune détérioration des propriétés, la solution restant fiable avec un allongement cutané allant jusqu’à 30 %. Ce test a également confirmé que le capteur et l’écran OLED continuaient de fonctionner de manière stable même après avoir été étirés 1 000 fois. De plus, lors de la mesure des signaux d’un poignet en mouvement, le capteur captait un signal de battement cardiaque 2,4 fois plus fort que celui capté par un capteur en silicium fixe.

« La force de cette technologie est qu’elle vous permet de mesurer vos données biométriques pendant une période plus longue sans avoir à retirer la solution lorsque vous dormez ou faites de l’exercice, puisque le patch ressemble à une partie de votre peau. Vous pouvez également vérifier vos données biométriques immédiatement sur l’écran sans avoir à les transférer sur un appareil externe », a expliqué le chercheur principal Youngjun Yun, auteur correspondant de l’article. « La technologie peut également être étendue pour être utilisée dans des produits de santé portables pour adultes, enfants et nourrissons, ainsi que pour les patients atteints de certaines maladies. »

▲ Youngjun Yun, Chercheur principal et auteur correspondant

Surmonter les défis techniques Wavec des matériaux et une structure extensibles

La mise en œuvre de la technologie d’affichage extensible s’avère difficile car généralement, lorsqu’un écran est étiré ou que sa forme est manipulée, l’appareil se casse ou ses performances se détériorent. Afin de surmonter ce problème, tous les matériaux et éléments, y compris le substrat, l’électrode, le transistor à couche mince, la couche de matériau d’émission et le capteur, doivent avoir une extensibilité physique ainsi que la capacité de conserver leurs propriétés électriques.

Ainsi, les chercheurs du SAIT ont remplacé la matière plastique utilisée dans les présentoirs extensibles existants par de l’élastomère. Le système développé par l’équipe SAIT est le premier du secteur à mettre en œuvre un affichage et un capteur utilisant des procédés de photolithographie qui permettent le micro-motif et le traitement de grandes surfaces.

L’élastomère est un matériau avancé doté d’une élasticité et d’une résilience élevées, mais sa capacité à être appliquée aux processus de semi-conducteurs existants est limitée car il est vulnérable à la chaleur. Pour atténuer cela, l’équipe a renforcé la résistance thermique du matériau en adaptant sa composition moléculaire. Ils ont également intégré chimiquement certaines chaînes de molécules afin d’établir une résistance aux matériaux utilisés dans les procédés de semi-conducteurs.

« Nous avons appliqué une structure « en îlot » pour atténuer le stress⁴ causé par l’allongement », a déclaré le chercheur Yeongjun Lee, co-premier auteur de l’article. « Plus de contraintes ont été induites dans la zone de l’élastomère, qui a un coefficient d’élasticité relativement faible⁵ et est donc plus susceptible de se déformer. Cela nous a permis de minimiser le stress subi par la zone de pixel OLED, qui est plus vulnérable à une telle pression. Nous avons appliqué un matériau d’électrode extensible (métal fissuré) qui résiste à la déformation de la zone élastomère, ce qui a permis aux espaces et aux électrodes de câblage entre les pixels de s’étirer et de se rétrécir sans que les pixels OLED eux-mêmes ne se déforment.

Électrodes OLED et métalliques fissurées dans une structure en îlot

▲ Yeongjun Lee, chercheur et co-premier auteur

Commercialisation et applications étendues

Le capteur extensible a été conçu de manière à permettre des mesures continues du rythme cardiaque avec un degré de sensibilité élevé par rapport aux capteurs portables fixes existants. La solution le fait en facilitant une adhérence étroite à la peau, ce qui minimise les incohérences de performance pouvant être causées par le mouvement.⁶

Le capteur extensible et l’écran OLED développés par l’équipe SAIT ont été créés en surmontant les limitations des performances des appareils existants et des processus opérationnels, y compris ceux des matériaux extensibles actuels. Le travail effectué par l’équipe du SAIT est particulièrement important dans la mesure où il a sécurisé la résistance chimique et thermique du matériau élastomère, rendant ainsi la commercialisation de dispositifs extensibles à haute résolution et de grands écrans plus probable à l’avenir.

« Notre recherche n’en est qu’à ses débuts, mais notre objectif est de réaliser et de commercialiser des dispositifs extensibles en augmentant la résolution du système, l’extensibilité et la précision des mesures à un niveau qui rend la production de masse possible », a déclaré le chercheur principal Jong Won Chung, co-premier auteur du papier. « En plus du capteur de rythme cardiaque qui a été appliqué dans ce cas de test, nous prévoyons d’incorporer des capteurs extensibles et des écrans haute résolution de forme libre pour permettre aux utilisateurs de surveiller des éléments tels que la saturation périphérique en oxygène, les lectures d’électromyogramme et la pression artérielle. »

Jong Won Chung, chercheur principal et co-premier auteur

¹ Des écrans dotés de pixels nettement plus petits, permettant plus de liberté lors de la détermination de leurs formes

² Titre de l’article : « Patch autonome de surveillance de la santé en temps réel basé sur un système optoélectronique organique extensible »

³ L’artère superficielle de l’avant-bras qui est habituellement utilisée pour prendre le pouls

⁴ La force de résistance qui est créée dans un matériau lorsqu’il est comprimé, plié, tordu ou que d’autres forces externes lui sont appliquées

⁵ Taux d’élasticité qui montre le degré auquel un objet s’étire et se déforme

⁶ L’effet d’artefact de mouvement