Propolys has validated several key building blocks for the next generation of micro-LED displays, a critical technology for augmented-reality glasses and headsets. At the heart of these devices are micro-displays barely 1 cm across, packed with millions of micro-LEDs—light sources only a few microns in size. In particular, gallium nitride (GaN)-based micro-LEDs offer far higher brightness than today’s OLED displays, making them essential for overlaying information on lenses even in very bright environments.

To address this challenge, the Propolys teams pursued an innovative approach: instead of assembling several monochrome displays, they grew the three emitting colors sequentially on the same substrate. This strategy was made possible by combining the complementary expertise of several CEA-Leti teams. The project brought together around 20 researchers from four laboratories spanning the Optics and Photonics department and the Technology Platforms department, enabling continuous adjustments to epitaxy and component manufacturing processes.

After four years of research, the results are promising. The teams succeeded in producing blue, green and red on a 200 mm GaN-on-silicon substrate. They also managed to chain multiple epitaxy sequences on the same substrate to place blue and green side by side with a 5 µm pitch. Most importantly, they developed an integration process compatible with the fabrication of a micro-display.

This monolithic integration is a major milestone for future industrial development in a market that is both highly promising and highly competitive. A full RGB display still requires further advances, but the knowledge gained through Propolys now provides a strong foundation for continuing work on color micro-displays and for preparing future industrial partnerships.

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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.

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.

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.

Une complémentarité des métiers rarement rencontrée, qui a permis d'ajuster en continu les process d'épitaxie et de fabrication des composants.

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.

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.

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.​