Des chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour les microsystèmes photoniques IPMS, en collaboration avec HOLOEYE Photonics AG, ont développé un micro-affichage LCOS compact avec des taux de rafraîchissement élevés qui permet d’améliorer la modulation optique. Ce micro-affichage innovant sera présenté pour la première fois lors de la 31e édition de l’International Display Workshops (IDW) 2024 à Sapporo, au Japon.
Les micro-écrans LCOS se caractérisent par leur faible consommation d’énergie, leur petite taille et leur légèreté. Ils sont utilisés dans l’optique adaptative commutable, en particulier comme modulateurs de phase, et comme écrans de projection dans la réalité augmentée ou virtuelle (AR/VR). Les modulateurs de phase, également appelés modulateurs spatiaux de lumière (SLM), sont utilisés dans l’imagerie biologique et la microscopie, entre autres applications, pour la correction du front d’onde et la mise en forme du faisceau. L’objectif est d’améliorer la résolution de l’image, de minimiser les distorsions causées par les tissus biologiques ou de protéger les échantillons. Le nouveau micro-affichage LCOS de HOLOEYE et Fraunhofer IPMS utilise un fond de panier CMOS innovant qui permet une modulation de la lumière à grande vitesse.
« Avec la nouvelle génération de fonds de panier de l’IPMS, nous pouvons réaliser des micro-SLM compacts et répondre spécifiquement aux applications exigeant un petit facteur de forme. La très petite taille des pixels permet d’obtenir des angles de diffraction plus importants, tais que l’interface rapide prend en charge des fréquences d’horloge élevées et des options d’adressage d’affichage flexibles et spécifiques à l’application. » explique Matthias Verworn de HOLOEYE.
Les caractéristiques uniques du nouveau micro-affichage LCOS ouvrent de nouvelles possibilités dans les systèmes AR holographiques portables, dans l’optogénétique, par exemple pour la photostimulation structurée des neurones, ainsi que dans l’optique quantique et l’informatique quantique.
Philipp Wartenberg, responsable de la conception des circuits intégrés et des systèmes au Fraunhofer IPMS, déclare : « L’architecture de fond de panier nouvellement développée de notre micro-affichage LCOS compact élargit considérablement les possibilités de modulation de la lumière et dépasse de loin les taux de rafraîchissement existants. Cela est rendu possible par l’intégration d’un tampon de trame complet et d’une interface à grande vitesse avec la matrice de pixels, ce qui permet d’atteindre un taux de transfert de données de 576 Gbit/s vers une matrice de pixels d’une résolution de 1 440 x 1 080 pixels et d’une taille de 2,5 µm. »
HOLOEYE prévoit de lancer les premiers produits avec ce modulateur de lumière LCOS au début de l’année 2026.
Focus sur les microdisplays LCOS
La technologie des microdisplays LCOS (Liquid Crystal on Silicon) représente une avancée majeure dans le domaine des affichages miniaturisés.
Principes fondamentaux
Le LCOS combine ingénieusement des cristaux liquides avec un substrat de silicium réfléchissant. Cette architecture permet de moduler la lumière de manière précise, fonctionnant comme un modulateur spatial de lumière qui contrôle l’amplitude, la phase et la polarisation des ondes lumineuses.
Structure et fonctionnement
Architecture en couches
Le dispositif LCOS est constitué de plusieurs couches essentielles:
- Une vitre de protection
- Des électrodes transparentes en oxyde d’indium-étain
- Une couche d’alignement pour les cristaux liquides
- Une couche de cristaux liquides
- Un revêtement réfléchissant
- Une couche CMOS
- Un circuit imprimé
Processus d’affichage
Les cristaux liquides agissent comme des « vannes » qui contrôlent la quantité de lumière atteignant la surface réfléchissante du silicium. La modulation se fait par l’application d’une tension électrique qui modifie l’orientation des cristaux liquides.
Avantages technologiques
Cette technologie présente plusieurs atouts majeurs:
- Une résolution exceptionnellement élevée
- Un contraste remarquable (jusqu’à 2000:1)
- Une consommation énergétique optimisée
- Un facteur de remplissage très élevé
- Une absence d’effet de « porte grillagée »
Applications pratiques
Les microdisplays LCOS trouvent leur utilité dans de nombreux domaines:
- Les dispositifs d’affichage près de l’œil
- Les systèmes de réalité augmentée et virtuelle
- Les affichages tête haute pour l’automobile
- Les projecteurs miniatures
- Les applications médicales et militaires
Le marché des LCOS connaît une croissance significative avec une progression annuelle prévue de 32,25% jusqu’en 2024, témoignant de l’importance croissante de cette technologie dans notre quotidien.
Légende illustration : Micro-affichage LCOS compact avec fond de panier CMOS rapide pour la modulation de lumière à grande vitesse. © HOLOEYE Photonics AG
Ces développements ont été soutenus par des fonds publics. Le Fraunhofer IPMS tient à remercier le ministère de l’économie, du travail et des transports du Land de Saxe (SMWA) via la Sächsische Aufbaubank – Förderbank (SAB) pour son soutien dans le cadre du projet BACKPLANE (100392259).
Source : Fraunhofer IPMS – Traduction Enerzine.com
