Technologies d'encapsulation avancées pour l'électronique organique

1 - Contexte

• 1.1 - Électronique organique
  Figure 1 - Premier produit commercial, un autoradio, utilisant un afficheur OLED (Pioneer 1997)
• 1.2 - Encapsulation et matériaux barrières aux gaz
  Figure 2 - Exemples d'application d'électronique organique Figure 3 - Exemples d'applications (et acteurs correspondants) potentiellement intéressées par l'usage de technologies barrières aux gaz flexibles (source : General Electric) Figure 4 - Illustration des niveaux barrières en fonction des applications [19]

2 - Matériaux et technologies pour l'obtention de propriétés HB et UHB flexibles et transparentes

• 2.1 - Structures multicouches hybrides organique/inorganique
  Figure 5 - Propriétés barrières à l'eau et à l'oxygène de différentes matrices polymères (pour 1 mm d'épaisseur) (Techniques de l'Ingénieur [AM 3 160]) Figure 6 - Flux à l'oxygène d'une couche de SiOx déposée par PECVD ou par évaporation sur un substrat de PET selon l'épaisseur du dépôt inorganique [21] Figure 7 - Variation de l'OTR en fonction de la densité de défauts pour les couples substrat plastique/barrière suivants : PET/SiNx (n), PET/SiO2 (­) et PET/Al (m) [24] Figure 8 - Évolution avec le temps de films de calcium recouverts d'un film barrière SiNx déposé à T < 100 oC (haut) et d'un film barrière SiNx déposé à 250 oC (bas) [26] Figure 9 - Augmentation de la tortuosité dans une structure multicouches organique/inorganique (CEA) Figure 10 - Valeurs des énergies d'activation (... pour PET brut (A) et PET/SiOx (B) et SiOx /PET/SiOx (C)) [27] Figure 11 - Image MEB en coupe d'une structure hybride organique/inorganique (Source : Vitex Systems) Figure 12 - (a) Principe du procédé BarixTM, (b) principe de dépôt multicouches hybrides développé par la société Tera Barrier Film [30] Figure 13 - Principe du dépôt Graded UHB développé par GE [31] Figure 14 - Schéma de principe des couches Ormocer® (fonctionnalisation des polymères hybrides selon les propriétés requises) et schéma d'un rouleau HB [32] Figure 15 - Principe d'amélioration des propriétés barrières présenté par Amcor (source : Amcor)
• 2.2 - Dépôt en couches atomiques ou Atomic Layer Deposition (ALD)
  Figure 16 - Représentation schématique du procédé ALD selon le modèle de croissance autolimitée de la monocouche atomique de chaque précurseur A et B [37] Figure 17 - Représentation schématique montrant la différence de comportement du WVTR entre un oxyde Al2O3 ALD et un oxyde SiO2 PECVD déposés sur un substrat plastique Figure 18 - Dépôts conformes à la topologie du substrat (silicium crénelé) de films Al2O3 ALD de 100 nm déposés à 85 oC (source : CEA-LETI) Figure 19 - Paysage des WVTR des matériaux déposés par ALD dans une gamme de température compatible avec l'encapsulaton de circuits organiques Figure 20 - Feuille de verre flexible (source : Corning)
• 2.3 - Verre flexible

3 - Procédés de mise en oeuvre des matériaux barrières

• 3.1 - Encapsulation monolithique : dépôts directs de la structure barrière
  Figure 21 - Coupe MEB d'un empilement barrière BarixTM enrobant une particule présente sur le substrat à protéger [46] Figure 22 - Illustration de la création d'un pinhole occasionnée par la présence d'une particule lorsque le film barrière est déposé [26] Figure 23 - Illustration de l'encapsulation développée au CEA-LETI Figure 24 - Tenue en stockage (65°/85 %HR) de dispositifs OLED (population de 135 OLED) encapsulées par un Al2O3 ALD simple (dispositif A) comparé à une OLED encapsulée par un multicouche développée au CEA-LETI (dispositif B) (Source : CEA-LETI) Figure 25 - Système d'injection des gaz développé par la société Encapsulix© Figure 26 - Principe de laminage en procédé rouleau à rouleau [51] Figure 27 - Exemple de laminage d'un film barrière en ligne avec le procédé de réalisation du dispositif (photovoltaïque organique) [52] Tableau 1
• 3.2 - Laminage de films barrières
  Figure 28 - Facteurs influençant la perméation latérale et illustration du phénomène perméation latérale/perméation normale pour de tels films barrières (CEA) Figure 29 - Exemple de mesures de perméation latérale (a) image NREL, (b) image CEA Figure 30 - Évolution des propriétés barrières à l'eau avec la température pour différentes familles d'encapsulants thermofusibles [57] Figure 31 - Illustration de la réduction de la perméation latérale par ajout d'un cordon de protection (source SAES®) Figure 32 - Courbes de perméation types [AM 3 160]

4 - Mesures de propriétés barrières au gaz

• 4.1 - Principes
• 4.2 - Technologies de mesure
  Figure 33 - Principe de la mesure gravimétrique [60] Figure 34 - Schéma d'une éprouvette type servant au calcium-test (CEA) Figure 35 - Comparaison des vieillissements à 65 °C/85 % HR d'un film d'AlQ3 encapsulé avec 20 nm d'Al2O3 ALD (a) et d'un film non encapsulé (b) – L'encadré sur l'image du haut représente le spectre de fluorescence (émission verte) du film organique [62] Figure 36 - Principe de mesure d'un perméamètre Mocon Permatran® [65] Figure 37 - Schéma de principe de la mesure de l'HiBarSens [68] Figure 38 - Perméamètre développé par Vinci technologies et le CEA

5 - Perspectives et évolutions