Électronique organique et imprimée

Les circuits organiques et imprimés révolutionnent la microélectronique

Les matières plastiques à propriétés réglables, de forme stable en tant que thermoplaste ou duroplaste ou encore élastomère, film ou revêtement, sous forme granulée ou moussée, sont indissociables de notre cadre de vie, que ce soit comme objets utilitaires simples ou comme éléments structurels de construction sophistiquée destinés aux véhicules et aménagements.

Une autre dimension vient désormais s'ajouter à cette diversité structurelle des matières plastiques : dotées d'une configuration moléculaire adaptée, elles servent également de conducteurs et semi-conducteurs électriques (même si la mobilité des supports de charge est encore restreinte). Ces matières plastiques jouent le rôle de composants de systèmes dans le domaine de « l'électronique organique et imprimée ». Ici, le terme organique s'explique par le fait que les transistors, capteurs et diodes lumineuses ne sont pas à base de silicium ou d'arséniure de gallium mais de dérivés de carbone. L'adjectif imprimé veut dire que l'électronique peut être imprimée sous la forme d'un modèle de circuit plat dans des finesses structurelles de quelque dix micromètres en faisant appel à des procédés d'impression courants (flexographie, sérigraphie, jet d'encre) « du rouleau » sur des substrats flexibles, voire même transparents.

Intégration dans des objets
On obtient ainsi des structures électroniques ou photoniques fonctionnelles, tridimensionnelles sur tous les objets possibles ainsi que sur les textiles. Elles forment alors des capteurs tactiles capacitifs, des champs lumineux de grande surface à OLED (diodes électroluminescentes organiques), des capteurs de mesure et des détecteurs pour des données relevant de l'environnement ou de la médecine comme la température ou l'humidité. Elles fonctionnent en tant que cellules solaires organiques. Ou bien comme batteries plates imprimées pour appareils miniaturisés. Ceci ouvre la voie à des nouvelles applications exotiques dans des objets dits « smart » (intelligents) et leur réticulation dans « l'Internet des choses ».

La nouvelle (cinquième) édition de la feuille de route de l'OE-A (Organic and Printed Electronics Association), un groupe de travail faisant partie du VDMA recensant plus de 220 membres dans le monde, rend compte de l'état et des tendances de l'électronique organique sur une période de dix ans.

Écrans OLED – premier marché de masse
Les petits écrans OLED des portables et smartphones sont devenus un marché de masse. Ceci a permis à l'électronique organique de réaliser l'année dernière un volume de ventes de quelque 9 milliards de dollars américains. D'ici 2025, le marché annuel devrait représenter la somme de 200 milliards de dollars américains. Des écrans OLED aux couleurs intenses et à riches contrastes sont disponibles pour les téléviseurs de 55" (par exemple chez Samsung et LG), toutefois à des prix qui se situent aux alentours de 10 000 dollars américains.

Écrans flexibles pour les tablettes de lecture électroniques
Les tablettes de lecture d'Amazon ou Sony qui font l'effet de livres électroniques sur « papier électronique » de E-Ink sont populaires en raison du principe d'affichage bistable avantageux sur le plan énergétique des écrans électrophorétiques. Ils se prêtent principalement à la présentation de contenus statiques comme les pages de livres.

La prochaine étape de l'évolution consiste en des E-Readers ainsi qu'en des tablettes plus légers, flexibles et peut-être même enroulables et sans verre de recouvrement lourd. La plus avancée dans ce domaine est la firme britannique Plastic Logic ; elle fabrique des « Backplane » (infrastructures d'intégration) à partir de transistors organiques en couche mince (OTFT), autrement dit la matrice active pour la commande individuelle des pixels.

Ce qui freine actuellement le développement de la photovoltaïque organique et de la technique d'affichage est leur scellement hermétique envers la vapeur d'eau atmosphérique qui provoque la corrosion des électrodes et raccourcit la durée de vie des équipements. Les films à propriété barrière stratifiés constituent la solution. Là, les couches transparentes en dioxyde de silicium amorphe semblent parfaitement appropriées.

Les moteurs de l'application
Les moteurs du développement de l'application se trouvent dans l'industrie automobile et pharmaceutique, l'électronique de consommation et dans les emballages « smart » destinés aux produits alimentaires, médicaments et autres articles de consommation. Munis de radio-étiquettes (tags RFID) peu coûteuses intégrées ou imprimées, les emballages smart contribuent à concevoir la gestion des marchandises de façon plus efficace, permet d'indiquer aux consommateurs la date de péremption par le biais de champs d'affichage mis à jour par voie dynamique, de leur signaler la nécessité de ne pas interrompre la chaîne du froid de marchandises délicates ou de garantir l'authenticité d'articles de valeur par leur rattachement à des chaînes de livraison offrant un rétrosuivi.

Sur les voitures de première catégorie, des écrans organiques et des capteurs tactiles constituent la prochaine étape et viendront remplacer les affichages mécaniques et les commutateurs, voire interrupteurs. Suivront alors des feux de recul complexes équipés de diodes OLED, entre autres chez le constructeur Audi, à titre de remplacement des actuels feux à DEL qui consomment de l'énergie.

Éclairage OLED
Les sources d'éclairage OLED font concurrence aux DEL et lampes halogènes établies. Elles promettent une lumière émise de manière régulière sur une large surface et dont la couleur peut être commandée par voie dynamique. Les OLED peuvent être montées de façon attrayante du point de vue architectonique sur des objets courants à la maison.

Photovoltaïque organique et batteries
La photovoltaïque organique (OPV) est déjà disponible dans le commerce et réservée à l'alimentation locale d'appareils mobiles de données et de consommation. Des applications dans l'enveloppe extérieure des véhicules et des bâtiments (BIPV, building integrated photovoltaics) sont envisagées à long terme.

Les mémoires de données imprimées existent en tant que composants de système sous la forme de films mémoire ferroélectriques, non transitoires du fabricant norvégien Thinfilm. Il est possible de les combiner en composants de mémoire adressables par un logiciel avec une logique tout transistor mise au point par la société californienne de recherche sous contrat PARC. C'est ainsi qu'un système de mesure complet est obtenu avec un thermistor imprimé en tant que sonde de température et un champ d'affichage complété par une batterie imprimée.

Les batteries imprimées sont également en point de mire lorsqu'il est question d'intégration à un système. Avec des champs d'affichage et d'éclairage, des capteurs tactiles et des cellules solaires, elles peuvent être intégrées à des emballages, textiles et autres objets usuels – en leur donnant ainsi une plus grande valeur et fonctionnalité.
Au K 2013, le plus grand salon mondial de l'industrie des matières plastiques et du caoutchouc, qui se tiendra du 16 au 23 octobre à Düsseldorf, on pourra voir des innovations sur le thème « Électronique organique et imprimée ». Les présentations se feront au Pavillon Printed Electronics Products and Solutions (produits et solutions électroniques imprimés). C'est également là que seront exposées tant les technologies d'impression que les surfaces fonctionnalisées comme les solutions RFID, les écrans flexibles et les OLED. Il s'agira d'une plateforme qui présentera tous ces produits aux professionnels des industries de transformation et d'utilisation.

Septembre 2013

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