L'électronique imprimée : vers une nouvelle industrie - Bernard Pineaux et Anne Blayo - Jardin ...
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L’électronique imprimée :
vers une nouvelle industrie
Bernard Pineaux et Anne Blayo
Amis du musée de l’imprimerie Lyon - 8 octobre 2012
3 révolutions technologiques…
3 nouveaux marchés pour
l’imprimerie
2
XVe siècle
• Vers 1445 : Gutenberg
invente le moule pour
fabriquer des caractères
mobiles en métal
– permettant ainsi la
fabrication rapide de très
nombreux caractères
– et la diffusion en nombre
d’ouvrages imprimés.
(http://seminaldesign.com)
3
XXe siècle
• 1993 : Indigo lance la
première presse numérique
« industrielle »
– permettant ainsi la
reproduction rentable de
faibles tirages de qualité
– et la production en nombre de
documents personnalisés.
4
XXIe siècle
• Vers 2010 : la recherche
montre que l’on peut réaliser
des composants électroniques
simples en utilisant des
procédés d’impression
– fonctionnalisation de surfaces
– permettant ainsi d’implanter de
l’électronique dans des produits
à faible coût.
(oe-a)
5
L’évolution de l’objet imprimé
6
Ce que permettent les procédés
d’impression (entre autres…)
• Faibles coûts, production de masse
• Reproduction de motifs identiques avec des couleurs
différentes
• Superposition de motifs de petite taille
• Large choix de procédés (jet d’encre, sérigraphie,
héliogravure, flexographie, offset, électrophotographie,
typographie) et possibilités de combinaisons en ligne
• Encres de propriétés variables et contrôlées
• Impression de différents types de supports (papier, carton,
polymères, métaux, céramique, …)
7
Fonctions « traditionnelles »
de l’imprimé
• Apporter un message, une information
• Porter une certaine esthétique (couleur, brillant…)
• Protéger un emballage (vernis de sur-impression..)
• Ajouter une sécurisation, un élément prévenant la contre-façon
(billets de banques, chèques, cartes bancaires etc.)
8
Pourquoi les techniques
d’impression ?
9
Vers de nouvelles fonctions de
l’imprimé
• Au-delà de la couleur et de l’image, on peut imprimer de
nouvelles fonctionnalités
• « objet intelligent » : se dit d’un bien dont la maintenance ou le
fonctionnement sont assurés par un dispositif automatisé
capable de se substituer, pour certaines opérations, à
l’intelligence humaine
• Attention : papier « intelligent » ≠ papier actif
– Papier « intelligent » : communique de manière autonome, possède des
ressources électroniques pour interpréter des données extérieures
– Papier actif : réagit et modifie ses propriétés en fonction de données
extérieures, sans apport électronique
10L’intelligence imprimée
• Des composants et des systèmes qui étendent les
fonctionnalités des matériaux imprimés au-delà de la
traditionnelle interprétation visuelle de textes et d’images
– Lecture en 3 dimensions : QR codes, réalité augmentée, recherche
visuelle par smartphone ⇒ lien entre les médias physiques et virtuels
(Züddeutsche Zeitung)
(Qolpac & Holst Centre)
– Et, bien sûr, l’électronique imprimée…
11Encres « fonctionnelles »
• Encres électroluminescentes
• Encres « X-chromes » (photochromes, électrochromes,
thermochromes)
(Colour Changing.co) (Ricoh) (LCR Hallcrest)
12Encres « fonctionnelles » (2)
• Encres sensibles (environnement, gaz, composants chimiques)
– Par exemple, encre sensible à l’oxygène
(Nanowerk.com)
Avant activation UV Activée En présence d’oxygène
13Encres « fonctionnelles » (3)
• Encres conductrices, diélectriques ou semi-conductrices
(ED Juline)
(Ciba)
14Encres conductrices
• Encres métalliques :
– Argent (conductivité ≈ 104 S/cm), Au, Pt, Cu, particules de carbone
– À base d’eau ou de solvants
– Techniques d’impression : offset, flexographie, héliogravure,
sérigraphie, jet d’encre
• Encres basées sur des polymères conducteurs :
– Polythiophène (conductivité = 100 S/cm), polyaniline (1-10 S/cm),
polypyrrole (1 S/cm)
– À base d’eau ou de solvants suivant la nature des polymères
– Tous procédés d’impression, jet d’encre
15L’électronique imprimée
16L’électronique imprimée
• Composants
– minces
– Légers
– Flexibles
– Produits à faible coût
(ASME)
(Source : Print Electronic News)
17L’électronique imprimée (2)
• « Intelligence imprimée » • Gestion de l’énergie
– Circuits – Micro-batteries, piles à
– Condensateurs combustibles
– Capteurs – Cellules photovoltaïques
– Identification, sécurité,
étiquetage intelligent
– Écrans (OLED)
– Éclairage
Solar cell Battery RFID tag OLED lighting
GE
NanoSolar Solicore, Inc. PolyIC
18Les applications de
l’électronique imprimée
Éclairage
1920
Prévisions 2012-2022 (IDTechEx)
2022:
45% predominately
printed
33% are on a non
rigid substrate
2012:
30% predominately
printed
6% are on a non
rigid substrate
21Potentiel
• Chiffre d’affaires de l’électronique imprimée (PIWorld.com) :
– 2008 : 3 millions de dollars US
– 2020 : 89 milliards de dollars US
• Marché de l’électronique imprimée en 2012 (IDTechEx) :
– 9,4 milliards de dollars US
• En France : environ 300 chercheurs travaillent actuellement en
lien avec l’électronique imprimée (source : Afelim)
• En 2017, 90% des applications de l'électronique
organique/grande surface seront en partie ou entièrement
imprimées (IDTechEx)
22Les feuilles de route (Organic
Générations de produits Electronic Association - oe-a)
Maturité
23Cellules photovoltaïques
(Ecofriend)
(MIT) 24Feuille de route du
photovoltaïque organique
25Éclairage imprimé
(Nth degree technology)
• http://www.youtube.com/watch?v
=p44cG8Szg6c
(Nth degree technology)
26Les diodes électro-
luminescentes organiques
• OLED (Organic Light Emitting Diodes)
• Diodes électroluminescentes organiques
• Alternative aux écrans LCD
• Superposition de couches conductrices et semi-conductrices
• Sur supports flexibles
(Inhabitat)
27Feuille de route de l’éclairage
imprimé (OLED)
28Écrans souples
(QD Vision)
(Phys.org)
Flexographie 29Feuille de route des écrans
souples
30Puces radio-fréquence (RFID)
(RFID Expert)
(SNU)
31Principe du RFID imprimé
Printed electronics, Dresden, 2008, CUBIC
32Feuille de route des puces RFID
imprimées
33Mémoires imprimées
(Thinfilm)
Transistor
Mémoire
34Feuille de route des mémoires
imprimées
35Batteries imprimées
(Enas)
(Photonics.com)
36Feuille de route des batteries
imprimées
37Objets « intelligents » imprimés
Communication avec un système
informatique
(D ’après ENAs et CUT)
38Objets « intelligents » imprimés
• http://www.youtube.co
m/watch?v=eAs5u7cHx
Q0&feature=related
(ECoupled)
39L’emballage « intelligent »
Communication
client :
apparence,
identification produit, Surveillance et
communication contrôle :
électronique diagnostics, lecture
Emballage
communicant
Logistique :
capteurs,
gestion de
l’information,
communication mobile
40Feuille de route des objets
« intelligents »
41Réalité augmentée sur boîte de
céréales
• http://www.youtube.com/watch?v=IZYbHcEmWQg
42Impression 3D d’objets
« intelligents »
• http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v
=eTeXTbXA6-Y (Disney Research)
43Capteurs imprimés
(Isorg)
44Feuille de route des capteurs
imprimés
45Quelques exemples dans le
laboratoire de Pagora (LGP2)
• “Ink-jet printing of conductive inks for RFID
technology : influence of substrate, ink and
process“, Aurore Denneulin, oct. 2010
• “Printing Processes dedicated to the mass
production of ceramic based electronic
microdevices“, Rita Faddoul, mai 2012
• “Fuel Cell Manufacturing by Printing
Processes“, Chloé Bois, oct. 2012
• Solar cells manufactured by printing
processes, 2014
46Exemple (Denneulin, oct. 2010)
Î Optimisation des paramètres
du procédé jet d’encre pour
imprimer des encres à base de Î Optimisation de la
nanotubes de carbone conductivité de l’encre
Jet d’encre Encres
conductrices
Support
Î Pré-traitement du papier
(breveté)
47En conclusion… The sky’s the limit 48
Exemples « d’intelligence
imprimée »
2. OLED (Organic Light Emitting Diodes)
• Diodes électroluminescentes organiques
• Alternative aux écrans LCD
• Superposition de couches conductrices et semi-conductrices
• Sur supports flexibles
(Inhabitat)
Merci de votre attention
http://pagora.grenoble-inp.fr
http://cerig.efpg.inpg.fr
Bernard.Pineaux@pagora.grenoble-inp.fr
49Vous pouvez aussi lire
