L`électronique imprimée - Musée de l`imprimerie de Lyon

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
(http://seminaldesign.com)
– permettant ainsi la
fabrication rapide de très
nombreux caractères
– et la diffusion en nombre
d’ouvrages imprimés.
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.)
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Pourquoi les techniques
d’impression ?
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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
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L’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…
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Encres « fonctionnelles »
• Encres électroluminescentes
• Encres « X-chromes » (photochromes, électrochromes,
thermochromes)
(Colour Changing.co)
(Ricoh)
(LCR Hallcrest)
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Encres « fonctionnelles » (2)
• Encres sensibles (environnement, gaz, composants chimiques)
(Nanowerk.com)
– Par exemple, encre sensible à l’oxygène
Avant activation UV
Activée
En présence d’oxygène
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Encres « fonctionnelles » (3)
• Encres conductrices, diélectriques ou semi-conductrices
(ED Juline)
(Ciba)
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Encres 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
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L’électronique imprimée
16
L’électronique imprimée
• Composants
–
–
–
–
minces
Légers
Flexibles
Produits à faible coût
(ASME)
(Source : Print Electronic News)
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L’électronique imprimée (2)
• « Intelligence imprimée »
• Gestion de l’énergie
–
–
–
–
Circuits
Condensateurs
Capteurs
Identification, sécurité,
étiquetage intelligent
– Écrans (OLED)
– Éclairage
– Micro-batteries, piles à
combustibles
– Cellules photovoltaïques
Solar cell
Battery
RFID tag
NanoSolar
Solicore, Inc.
PolyIC
OLED lighting
GE
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Éclairage
Les applications de
l’électronique imprimée
19
20
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
21
Potentiel
• 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)
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Générations de produits
Les feuilles de route (Organic
Electronic Association - oe-a)
Maturité
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Cellules photovoltaïques
(Ecofriend)
(MIT)
24
Feuille de route du
photovoltaïque organique
25
Éclairage imprimé
(Nth degree technology)
• http://www.youtube.com/watch?v
=p44cG8Szg6c
(Nth degree technology)
26
•
•
•
•
•
OLED (Organic Light Emitting Diodes)
Diodes électroluminescentes organiques
Alternative aux écrans LCD
Superposition de couches conductrices et semi-conductrices
Sur supports flexibles
(Inhabitat)
Les diodes électroluminescentes organiques
27
Feuille de route de l’éclairage
imprimé (OLED)
28
Écrans souples
(QD Vision)
(Phys.org)
Flexographie
29
Feuille de route des écrans
souples
30
Puces radio-fréquence (RFID)
(RFID Expert)
(SNU)
31
Principe du RFID imprimé
Printed electronics, Dresden, 2008, CUBIC
32
Feuille de route des puces RFID
imprimées
33
Mémoires imprimées
(Thinfilm)
Transistor
Mémoire
34
Feuille de route des mémoires
imprimées
35
Batteries imprimées
(Enas)
(Photonics.com)
36
Feuille de route des batteries
imprimées
37
Objets « intelligents » imprimés
Communication avec un système
informatique
(D ’après ENAs et CUT)
38
Objets « intelligents » imprimés
• http://www.youtube.co
m/watch?v=eAs5u7cHx
Q0&feature=related
(ECoupled)
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L’emballage « intelligent »
Communication
client :
apparence,
identification produit,
communication
électronique
Surveillance et
contrôle :
diagnostics, lecture
Emballage
communicant
Logistique :
capteurs,
gestion de
l’information,
communication mobile
40
Feuille de route des objets
« intelligents »
41
Réalité augmentée sur boîte de
céréales
• http://www.youtube.com/watch?v=IZYbHcEmWQg
42
Impression 3D d’objets
« intelligents »
• http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v
=eTeXTbXA6-Y (Disney Research)
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Capteurs imprimés
(Isorg)
44
Feuille de route des capteurs
imprimés
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Quelques 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
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Exemple (Denneulin, oct. 2010)
Î Optimisation des paramètres
du procédé jet d’encre pour
imprimer des encres à base de
nanotubes de carbone
Î Optimisation de la
conductivité de l’encre
Encres
conductrices
Jet d’encre
Support
Î Pré-traitement du papier
(breveté)
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En conclusion…
The sky’s the limit
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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
Merci de votre attention
http://pagora.grenoble-inp.fr
http://cerig.efpg.inpg.fr
[email protected]
(Inhabitat)
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